簡介

不穩(wěn)定的電源可能導致嚴重的系統(tǒng)問題，例如無源組件產(chǎn)生可聞噪聲、開關(guān)頻率意外抖動、負載瞬態(tài)事件期間輸出電壓極端振蕩，以及半導體開關(guān)故障等。盡管導致不穩(wěn)定的原因各不相同，但在開關(guān)電源中，絕大多數(shù)不穩(wěn)定問題都源于未調(diào)整的補償網(wǎng)絡(luò)。本文將提供指南幫助您確定電源不穩(wěn)是否源于未調(diào)整的補償網(wǎng)絡(luò)，同時提供一些技巧來提高其穩(wěn)定性。

瞬態(tài)響應(yīng)：電源穩(wěn)定性的度量

開關(guān)電源的瞬態(tài)性能有兩個主要標準：帶寬（BW）和相位裕量（PM）。BW越高瞬態(tài)響應(yīng)越快；另一方面，PM越高穩(wěn)定性也越好。要獲得良好的瞬態(tài)性能，就需要高BW和高PM。但是，BW和PM之間需要權(quán)衡，因為增加帶寬的技術(shù)通常會降低相位裕量，反之亦然。

圖1顯示了具有高BW和低PM的電源的典型瞬態(tài)響應(yīng)。在發(fā)生負載轉(zhuǎn)換時，輸出電壓會經(jīng)歷幾次振蕩，然后穩(wěn)定。測量負載轉(zhuǎn)換期間輸出電壓的振蕩次數(shù)是衡量電源穩(wěn)定性的好方法。振蕩次數(shù)與PM直接相關(guān)，因此與電源穩(wěn)定性也直接相關(guān)。

開關(guān)穩(wěn)壓器中的補償網(wǎng)絡(luò)

開關(guān)穩(wěn)壓器常用的補償網(wǎng)絡(luò)有兩種：II型和III型。II型補償網(wǎng)絡(luò)采用零極點集來實現(xiàn)所需的BW和PM。為進一步改善穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)，我們采用III型補償網(wǎng)絡(luò)。III型補償網(wǎng)絡(luò)增加了一個額外的零極點集，這將有助于實現(xiàn)更高的BW和/或更高的PM。圖2顯示了III型補償網(wǎng)絡(luò)原理圖。

本文將說明如何使用簡單的技術(shù)來穩(wěn)定不穩(wěn)定的電源。注意，僅當不穩(wěn)定源是未調(diào)整的補償網(wǎng)絡(luò)時，這里提到的技術(shù)才有效。

我們從補償網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的角度出發(fā)，介紹兩種類型的開關(guān)穩(wěn)壓器：具有外部補償網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)穩(wěn)壓器和具有內(nèi)部補償網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)穩(wěn)壓器。圖3是這兩種電源類型典型應(yīng)用電路的示例。

采用調(diào)節(jié)器來穩(wěn)定不穩(wěn)定的電源

如上所述，通過查看開關(guān)穩(wěn)壓器對負載變化的瞬態(tài)響應(yīng)，可以驗證其不穩(wěn)定性。

圖1是一個不穩(wěn)定電源的示例，當發(fā)生負載轉(zhuǎn)換時，電源的輸出電壓上出現(xiàn)了多次振蕩。圖4顯示了圖1電源的波特圖。在此示例中，BW為65kHz，而PM僅為16°。為獲得具有良好瞬態(tài)性能的電源，建議BW不超過開關(guān)頻率的10％，且PM大于60°。圖1電源的開關(guān)頻率為400kHz，帶寬限制為40kHz。

注意，在一些對噪聲敏感的應(yīng)用中，帶寬必須進一步限制為小于開關(guān)頻率的5％。

從圖4中可以看到，相位曲線（紅色）已經(jīng)下降后，幅度曲線（藍色）才達到0dB。要獲得適當?shù)腜M和良好的穩(wěn)定性，必須在相位曲線開始下降之前出現(xiàn)幅度曲線的0dB點。

下面介紹的技術(shù)將能夠快速修復不穩(wěn)定的開關(guān)電源，同時我們還提供一些方法檢查降低BW是否可以提高穩(wěn)定性。如果穩(wěn)定性隨BW的顯著降低而提高了，則可以確認不穩(wěn)定的根源是未調(diào)整的補償網(wǎng)絡(luò)。

請注意，降低BW可以實現(xiàn)兩個目的來提高穩(wěn)定性。首先，它會使控制回路變慢。較慢的控制回路可防止或限制輸出上的尖峰和/或振蕩。其次，降低BW可以增加PM，從而提高穩(wěn)定性。

帶外部補償網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)壓器

具有外部補償網(wǎng)絡(luò)的電源，其補償網(wǎng)絡(luò)位于COMP引腳處。在這種情況下，要快速查看輸出振蕩是否由未調(diào)整的補償網(wǎng)絡(luò)引起，可以在COMP引腳上接入一個大電容。該電容可以將一個低頻極點引入控制環(huán)路，從而極大地限制帶寬。電容越大，BW越低。圖5顯示了在COMP引腳上增加一個大電容的效果。該電容的典型范圍為100nF至1μF。

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