原来造成开关电源环路不稳定的因素介绍

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原来造成开关电源环路不稳定的因素介绍 [复制链接]

 在开关电源的设计过程中，控制环路的设计至关重要，甚至可以决定电源的成败，所以设计中遇到的环路问题多半都是核心问题。电源环路补偿设计常常被看作是一项艰难的任务，对经验不足的电源设计师尤其如此。在实际补偿设计中，为了调整补偿组件的值，常常需要进行无数次迭代。

下面具体看一下该问题。

使用凌特IC做了一个4节锂电池充电和系统供电的模块。输入14~30V，输出16.8V，VBAT最大充电电流3.3A。VOUT输出3A（实测4A没问题，效率91%）遇到的问题是环路补偿——环路不稳定。

详细描述：刚做的demo到达后测试，输入15V，输出16.8V，输出电流在2A以上时就电感啸叫，并且电感发烫严重，计算此时的效率大概在80%左右。基本可判断为环路不稳定造成，但当时不知道如何解决，直接在2A或者3A状态下测量补偿引脚ITH或VC，发现示波器探头接触后，电感不再啸叫，也不再发烫。
查阅了相关资料，主要有TI：环路补偿很容易，以及凌特：开关模式电源的建模和环路补偿设计。

其中提到一点：环路不稳定的一般表现为：不稳定

电源的典型症状包括：磁性组件或陶瓷电容器产生可听噪声、开关波形中有抖动、输出电压震荡、功率 FET 过热等等。

判断方式使用：一种快速确定运行不稳定是否由环路补偿引起的方法是，在反馈误差放大器输出引脚 (ITH) 和 IC 地之间放置一个 0.1μF 的大型电容器。(或者，就电压模式电源而言，这个电容器可以放置在放大器输出引脚和反馈引脚之间。)

这个 0.1μF 的电容器通常被认为足够大，可以将环路带宽拓展至低频，因此可确保电压环路稳定性。如果用上这个电容器以后，电源变得稳定了，那么问题就有可能用环路补偿解决。

1.开始之前：测量补偿前的动态响应输出：使用示波器交流耦合方式1A到3A加载，10mS.波形如下：（瞬态负载）可以看出，是一个很不稳定的二阶系统（二阶响应）

2.添加0.1uF补偿电容，结果如下：

可以看到其变成得稳定了，再次条件下测量带载能力，输出16.8V，3A没问题。据此可判断环路带宽太宽，即交叉频率Fc太大，导致系统不够稳定，因此需要将Fc缩小，引Power state已基本固定，就通过修改补偿环节以达到修改环路补偿Abeita的效果。（如需深入了解因学习一下负反馈理论和运算放大器传递函数等理论，后面会添加TI的反馈笔记）

根据TI环路补偿很容易部分的伯德图，可判断基本方式为减小如下中频增益和拓宽补偿零点。降压时也相同。

根据其计算公式，可知要较少Rcomp或Ccomp。（回想使用示波器探头测量之后就会变稳定，就是因为探头的2M电阻与Ro 1M并联，较小了Ro，也即降低了中频增益）。具体操作时将Ccomp减小1倍，也即将零点提高1倍。使得Fc较小，环路变稳定。

具体实验为：Rcomp 47K;Ccomp=270pF测试OK，3A负载(2A加载)时瞬态有200mV过冲，且有高频毛刺。波形如下：

据此稳定性已基本解决，测试全部输入电压范围和最大负载3A均正常，效率到在90%以上。效率对比如下：

14V输入时：补偿前效率为83%，补偿后为93%；发热消耗的功率为16.8x3x10%=5W;可见电感不烫也是不行啊。据此不稳定问题已解决，同步发出希望遇到相似问题的人参考，再次请大家注意，不稳定可能引起的现象，防止一开始就走偏路。环路不稳定的一般表现为：不稳定电源的典型症状。包括：磁性组件或陶瓷电容器产生可听噪声、开关波形中有抖动、输出电压震荡、功率 FET 过热等等。电感发热不一定是过流问题，也可能是不稳定问题。

sysjtlwx

刚刚看到您的这个帖子，似乎找到了我使用的凌特LTC3786电感异常发热的原因，感谢分享，学习下 试着做下环路补偿看看是否能解决我的这个问题