本應(yīng)用筆記提供了一個(gè)詳盡的指南，討論如何評(píng)估轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，考慮對(duì)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用快速負(fù)載階躍，并監(jiān)控輸出電壓響應(yīng)以識(shí)別潛在問(wèn)題非常重要。

實(shí)際上，具有不同補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的不同降壓轉(zhuǎn)換器，可能有不同的方式來(lái)解決負(fù)載階躍響應(yīng)中的振鈴問(wèn)題。在本文的最后，將介紹一個(gè)簡(jiǎn)單且實(shí)用的，由鋰離子電池驅(qū)動(dòng)的自制工具，用于量測(cè)快速負(fù)載。

1 時(shí)間域分析

檢查轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的常見(jiàn)方法是通過(guò)頻率域分析，通過(guò)測(cè)量開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)，并觀察交叉點(diǎn)的控制回路交叉頻率，和相位裕量。這是一種復(fù)雜的測(cè)量，需要專門(mén)的昂貴設(shè)備?？焖贆z查轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性的簡(jiǎn)單方法，是通過(guò)將一個(gè)快速變化的階躍負(fù)載施加到轉(zhuǎn)換器，并觀察負(fù)載階躍期間的輸出電壓響應(yīng)進(jìn)行時(shí)間域分析：這個(gè)方法將突顯出可能的回路穩(wěn)定性、輸入供應(yīng)穩(wěn)定性、斜率補(bǔ)償問(wèn)題、負(fù)載調(diào)節(jié)和布局問(wèn)題。

圖1中的階躍負(fù)載響應(yīng)顯示了幾種轉(zhuǎn)換器回路穩(wěn)定性情況，從非常穩(wěn)定（相位裕量75°）到非常不穩(wěn)定（相位裕量36°）。可以看到，階躍負(fù)載響應(yīng)中的任何振鈴都表示相位裕量過(guò)低，這增加了向振蕩的傾向。

重要的是，負(fù)載階躍的速度（上升時(shí)間）應(yīng)該比轉(zhuǎn)換器的控制回路速度快得多，以便看到這些不穩(wěn)定性效應(yīng)。上升/下降時(shí)間為200至500nsec的階躍負(fù)載將足以測(cè)試大多數(shù)降壓轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

圖1

圖2展示了一種簡(jiǎn)單的工具，用于對(duì)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生快速負(fù)載階躍：由脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的MOSFET在轉(zhuǎn)換器輸出處打開(kāi)和關(guān)閉一個(gè)負(fù)載電阻。固定電阻提供靜態(tài)負(fù)載。通過(guò)電流探頭測(cè)量負(fù)載電流，并直接在轉(zhuǎn)換器輸出電容器上測(cè)量轉(zhuǎn)換器輸出電壓。使用此設(shè)置，可以輕松達(dá)到500nsec的負(fù)載階躍上升和下降時(shí)間。

圖2

圖3顯示了一個(gè)帶有過(guò)多振鈴的快速負(fù)載階躍響應(yīng)的例子。通過(guò)測(cè)量階躍負(fù)載振鈴頻率，可以估計(jì)轉(zhuǎn)換器的交叉頻率。這對(duì)于找出不穩(wěn)定性的原因可能有幫助。

圖3

2 如何改善振鈴

具有Gm類型誤差放大器的電流模式降壓轉(zhuǎn)換器具有連接到地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

轉(zhuǎn)換器回路帶寬大約為：

其中fC 通常為1/10 – 1/20的切換頻率。

如果測(cè)量的交叉頻率遠(yuǎn)高于公式計(jì)算的值，則必須找出偏差的原因。

在許多情況下，由于DC偏置較高或ACRMS漣波電壓較低導(dǎo)致電容量下降，MLCC輸出電容器的值可能低于額定值。如果是這種情況，可以增加輸出電容（添加更多電容器）或減小RCOMP，這兩種方法都會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的帶寬。請(qǐng)參見(jiàn)圖4。

圖4

具有OPAMP類型誤差放大器的電流模式降壓轉(zhuǎn)換器有連接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。

回路帶寬由以下公式給出：

具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)慕祲恨D(zhuǎn)換器IC經(jīng)常使用此配置。

重要的是，要了解到反饋電阻R1的值在轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性中會(huì)造成影響。R1的值過(guò)低將導(dǎo)致交叉頻率過(guò)高，并造成相位裕量低和階躍負(fù)載響應(yīng)中的振鈴。

圖5

Richtek新一代18V ACOT®產(chǎn)品，例如RT6252A/RT6252B、RT6253A/RT6253B、RT6262A/RT6262B、RT6263A/RT6263B、RT6264A/RT6264B，調(diào)整穩(wěn)定度方式與RT7277相同。

圖6

2.1 立锜ACOT®轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定度

立锜ACOT®轉(zhuǎn)換器沒(méi)有誤差放大器，因?yàn)樗鼈円曰跐i波的滯后控制模式運(yùn)行。由于滯后控制回路的阻尼不足，ACOT®轉(zhuǎn)換器可能會(huì)在負(fù)載階躍中顯示振鈴。這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在輸出電壓較高或占空比較高的應(yīng)用中。較大的輸出電容也會(huì)增加輸出振鈴的機(jī)會(huì)。要增加控制回路的阻尼，請(qǐng)?zhí)砑覥ff，如圖6所示。

Cff的最佳值可以從振鈴頻率推導(dǎo)出來(lái)：

下面的測(cè)量結(jié)果顯示了一個(gè)5V應(yīng)用與不同Cff值的例子。

階躍負(fù)載響應(yīng)中振鈴的其他原因：輸入供應(yīng)振鈴。

轉(zhuǎn)換器輸出處的負(fù)載階躍也將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器輸入處的負(fù)載階躍。如果輸入供應(yīng)存在穩(wěn)定性問(wèn)題，或者輸入供應(yīng)線中存在電感，則輸入供應(yīng)的不穩(wěn)定或共振也可能在輸出軌道上可見(jiàn)。輸入供應(yīng)的共振問(wèn)題可以通過(guò)在轉(zhuǎn)換器MLCC輸入電容器中，平行添加一個(gè)電解電容器來(lái)解決。它將充當(dāng)RC抑制電路并進(jìn)行平抑。

3 簡(jiǎn)單的自制便攜式負(fù)載瞬變工具范例

圖7中的原理圖顯示了一種實(shí)用的靈活快速瞬變工具的解決方案。

圖7

IC1是一種電壓控制的PWM生成器IC。MOD腳上的電壓設(shè)定了PWM的占空比，DIV腳上的電壓設(shè)定了頻率范圍，并且連接到SET腳的電阻值設(shè)定了精確的頻率。OUT腳具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，可以驅(qū)動(dòng)上升時(shí)間和下降時(shí)間快的小型MOSFET。占空比通常設(shè)定在較低的水平，大約為5%。這使得在限制脈沖負(fù)載電阻和MOSFET中的總功率的同時(shí)，可以吸引較大的脈沖電流。大約150µsec的脈沖寬度就足以在大多數(shù)DC/DC轉(zhuǎn)換器中看到完整的電壓下降和恢復(fù)，因此PWM頻率可以設(shè)定在大約330Hz。

最方便的是通過(guò)鋰離子電池為電路供電；這使得電路完全隔離，避免了接地設(shè)備之間的地面反彈。這種電路的設(shè)計(jì)中，電池電壓變化不會(huì)影響頻率或占空比設(shè)定，并且由于電流消耗僅為0.4mA，因此電池的壽命非常長(zhǎng)。

注：此文來(lái)自立琦官網(wǎng)。