開(kāi)關(guān)電源IC中誤差放大器的自激振蕩及解決方法

摘要：開(kāi)關(guān)電源控制IC內部的誤差放大器是一種運算放大器，盡管大多數都進(jìn)行了相位補償，但由于外部元件等因素影響也會(huì )產(chǎn)生自激振蕩。以UC3875為例，分析了其內部誤差放大器的自激振蕩，并用外部補償網(wǎng)絡(luò )對其進(jìn)行補償，使用一個(gè)零點(diǎn)對外部電路產(chǎn)生的極點(diǎn)進(jìn)行抵消，從而抑制其自激振蕩。通過(guò)實(shí)驗驗證，此補償方法可以有效抑制誤差放大器的自激振蕩。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；誤差放大器；自激振蕩；相位補償

目前隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源的廣泛應用，控制IC作為開(kāi)關(guān)電源的心臟在其中扮演著(zhù)重要角色。開(kāi)關(guān)電源的控制IC一般都會(huì )包含一個(gè)誤差放大器，用來(lái)將輸出電壓的偏移等進(jìn)行放大以控制主開(kāi)關(guān)電路的動(dòng)作，實(shí)現穩壓輸出。這個(gè)誤差放大器本身是一個(gè)運算放大器，在實(shí)際使用中會(huì )加入負反饋，而由于外部元件及PCB等因素的影響，誤差放大器有時(shí)會(huì )產(chǎn)生自激振蕩，使開(kāi)關(guān)電源不能正常工作。筆者分析了誤差放大器加入負反饋時(shí)產(chǎn)生自激振蕩的原理，并以UC3875控制IC為例設計了外部補償電路，并進(jìn)行了實(shí)驗驗證。

1 誤差放大器產(chǎn)生自激振蕩的原理
1．1 自激振蕩產(chǎn)生的原因
加入負反饋后誤差放大器的閉環(huán)增益G的表達式為：。其中A為開(kāi)環(huán)增益，F為反饋系數，AF為環(huán)路增益。
由可知：當1+FA趨近于0時(shí)，|G|=∞。這說(shuō)明即使無(wú)信號輸入也會(huì )有波形輸出，于是就產(chǎn)生了自激振蕩。
放大器的增益和相位偏移會(huì )隨頻率而變化。當頻率變高或變低時(shí)，輸出信號和反饋信號會(huì )產(chǎn)生附加相移。如果附加相移達到±180°，則此時(shí)反饋信號與輸入信號同相，負反饋就變成正反饋。反饋信號加強，當反饋信號大于凈輸入信號時(shí)，即使去掉輸入信號也有信號輸出，于是就產(chǎn)生了自激振蕩。

一個(gè)實(shí)際的運算放大器，內部存在著(zhù)許多天然極點(diǎn)，他們造成的附加相移會(huì )使輸出的相位偏移超過(guò)-180°，當使用負反饋時(shí)會(huì )使放大器產(chǎn)生自激振蕩。因此運算放大器大多都有補償端口或為了使用方便直接在內部進(jìn)行了補償，這些經(jīng)過(guò)內部補償的運算放大器一般會(huì )補償到在增益0 dB以上只有一個(gè)極點(diǎn)，單獨使用時(shí)即使將其用作單位增益放大器也不會(huì )自激振蕩。
1．2 負反饋放大電路穩定性的判定
判斷自激振蕩的方法首先是看其是否滿(mǎn)足相位條件，只有滿(mǎn)足相位條件才有可能產(chǎn)生自激振蕩。即如果當附加相移φ=±180°時(shí)，環(huán)路增益|FA|≥1，那么電路就會(huì )產(chǎn)生自激振蕩。相反，如果當φ=±180°時(shí)，環(huán)路增益|FA|1，那么電路就不會(huì )產(chǎn)生自激振蕩。

2 UC3875誤差放大電路
2．1 UC3875誤差放大電路結構
UC3875是TI公司生產(chǎn)的一款移相全橋軟開(kāi)關(guān)控制器，廣泛應用于ZVS和ZCS拓撲結構的大功率開(kāi)關(guān)電源當中。它內部包含一個(gè)誤差放大器，該誤差放大器輸出端的輸出電壓與斜坡發(fā)生器的輸出電壓進(jìn)行比較從而產(chǎn)生移相信號。它的AB和CD兩組輸出可以分別設定死區時(shí)間，非常適合應用于全橋諧振開(kāi)關(guān)電源。本文中所用UC3875的誤差放大器部分電路接法如圖1所示。

誤差放大器的正相輸入端接參考電壓．輸出端通過(guò)一個(gè)150 kΩ電阻反饋到反向輸入端，反相輸入端通過(guò)一個(gè)470 kΩ電阻與輸出電壓采樣電路相連。