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開關(guān)電源IC中誤差放大器的自激振蕩原理及補(bǔ)償解決方法

作者: 時(shí)間:2013-05-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
,0,0); PADDING-TOP: 0px">  根據(jù)之前觀察到的誤差放大器輸出端自激振蕩波形可知其振蕩頻率大概在50 kHz 附近, 則此頻率時(shí)附加相位φ≥-180°,且其開環(huán)增益要大于0 dB。根據(jù)這些條件可估算出外部電路產(chǎn)生的極點(diǎn)頻率應(yīng)該在5 kHz 附近,將其加入到誤差放大器的增益與相位的頻率特性簡圖中得到圖4。其中P1 為內(nèi)部補(bǔ)償時(shí)設(shè)置的極點(diǎn),P2 為外部電路產(chǎn)生的極點(diǎn)(圖中用實(shí)線表示增益,虛線表示相位,圖6 同)。

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2.3 外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

  由于零點(diǎn)能產(chǎn)生超前相移, 可抵消極點(diǎn)產(chǎn)生的滯后相移。因此如果在電路中加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),設(shè)置一個(gè)零點(diǎn)將能夠抵消外部電路產(chǎn)生的極點(diǎn),從而抑制放大器的自激振蕩。由于誤差放大器沒有設(shè)置補(bǔ)償端口,因此補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)需要設(shè)置在外部。如圖5 所示,在反饋電阻Rf兩端并聯(lián)一個(gè)電容Cf,由此可產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)。通過恰當(dāng)設(shè)置此零點(diǎn)的頻率就可抵消新極點(diǎn)產(chǎn)生的附加相移,使總的相移不超過-180°。因?yàn)樗浪愕耐獠繕O點(diǎn)頻率為5 kHz,所以零點(diǎn)頻率就要設(shè)置在5 kHz 附近。

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  根據(jù)公式:

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  將fz=5 kHz 帶入,可得Cf=212 pF。

  選擇Cf為220 pF 即可。由于在電路中放入電容Cf,因此將產(chǎn)生一個(gè)新的極點(diǎn),它的頻率為:

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  將數(shù)值帶入上式可得新的極點(diǎn)頻率為1.5 MHz, 這相當(dāng)于將外部極點(diǎn)P2 移動到了如圖7 所示的P2′的位置。

  由圖6 可以看出盡管在增益0 dB 以上存在兩個(gè)極點(diǎn),但是當(dāng)增益降為0 dB 時(shí),相移依然沒有超過-180°,所以自激振蕩條件就被破壞,電路不會產(chǎn)生自激振蕩。同時(shí)從圖上可以看到,使用這種方法時(shí)放大器的帶寬損失很小。但是根據(jù)式(3)可以看出,新極點(diǎn)的頻率與放大器的增益有關(guān),如果放大器增益過小,則會因?yàn)闃O點(diǎn)向高頻率移動距離太小而大大影響到補(bǔ)償?shù)男ЧL貏e地當(dāng)作為電壓跟隨器使用時(shí)(此時(shí)放大器輸出與反相輸入端直接相連,反饋電阻為零),新極點(diǎn)的頻率不會向高頻移動,則此電路就會完全沒有效果。由于各種因素的影響以及估算的誤差,實(shí)際的特性曲線會與理論有一些差距,因此所設(shè)置的零點(diǎn)還需要通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)整(后面的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn))。

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  3 外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

  實(shí)驗(yàn)電路的連接依照圖5 所示, 分別將容值為22 pF,100 pF,220 pF 的Cf接入電路中, 并觀察UC3875 的控制輸出波形。如圖7 所示為使用22 pF 電容時(shí)的波形。此電路中由于所設(shè)置零點(diǎn)在極點(diǎn)之后距離較遠(yuǎn)的地方,波形抖動有一些減弱,但是其抖動幅度依然很大。

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  圖8 為使用100 pF 電容時(shí)的波形,可以看到其抖動幅度大幅減小。此時(shí)電路中所設(shè)置的零點(diǎn)頻率比較靠近極點(diǎn)位置,已經(jīng)體現(xiàn)出振蕩抑制的效果,但輸出的振蕩幅度仍很明顯。

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  當(dāng)更換為220 pF 電容時(shí),波形的抖動基本消失。電路中零點(diǎn)位置在上文所估算的極點(diǎn)位置附近。通過對示波器上波形的仔細(xì)觀察,仍然能發(fā)現(xiàn)極其微弱的抖動。這說明實(shí)際極點(diǎn)的位置與前面的估算值有些差距,因此在電路實(shí)際情況不是十分清楚的情況下,進(jìn)行估算而得出的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)還需要在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證并調(diào)試。

  考慮到實(shí)際應(yīng)用中各種因素的影響以及估算的誤差,需要在設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)保持一定的裕量。因此將Cf選為470 pF,將其接入電路中后UC3875 的輸出控制的波形如圖9 所示,輸出波形抖動已經(jīng)完全消失,UC3875 已經(jīng)穩(wěn)定工作。對誤差放大器的輸出端進(jìn)行觀察后發(fā)現(xiàn),其輸出已經(jīng)變成一條平直的直線。其輸出電壓的振蕩完全消失。

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  4 結(jié)論

  雖然目前很多通用運(yùn)算放大器及控制IC 內(nèi)部的誤差放大器都進(jìn)行了相位補(bǔ)償,但是有時(shí)外部會產(chǎn)生新的極點(diǎn)使電路變得不穩(wěn)定。筆者所采用的方法是使用一個(gè)零點(diǎn)對新極點(diǎn)進(jìn)行抵消,從而使其穩(wěn)定工作,使用這種方法基本不會損失運(yùn)放的帶寬,同時(shí)能起到良好的效果。采用這種補(bǔ)償方法需要有一個(gè)前提條件,那就是放大器需要有比較大的閉環(huán)增益,這樣才能產(chǎn)生比較好的效果。而在應(yīng)用中,為了得到穩(wěn)定的輸出電壓,內(nèi)部誤差放大器的閉環(huán)增益一般都會比較大,因此非常適合使用這種方法。


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