開(kāi)關(guān)電源IC中誤差放大器的自激振蕩原理及補償解決方法

2.3 外部補償網(wǎng)絡(luò )的設計

　　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償網(wǎng)絡(luò )，設置一個(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(méi)有設置補償端口，因此補償網(wǎng)絡(luò )需要設置在外部。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(guò)恰當設置此零點(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(guò)-180°。因為所估算的外部極點(diǎn)頻率為5 kHz，所以零點(diǎn)頻率就要設置在5 kHz 附近。

　　根據公式：

　　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：

　　將數值帶入上式可得新的極點(diǎn)頻率為1.5 MHz， 這相當于將外部極點(diǎn)P2 移動(dòng)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)，但是當增益降為0 dB 時(shí)，相移依然沒(méi)有超過(guò)-180°，所以自激振蕩條件就被破壞，電路不會(huì )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(guò)小，則會(huì )因為極點(diǎn)向高頻率移動(dòng)距離太小而大大影響到補償的效果。特別地當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(huì )向高頻移動(dòng)，則此電路就會(huì )完全沒(méi)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(xiàn)會(huì )與理論有一些差距，因此所設置的零點(diǎn)還需要通過(guò)實(shí)驗來(lái)進(jìn)行調整（后面的實(shí)驗也證實(shí)了這一點(diǎn)）。

　　3 外部補償網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗驗證

　　實(shí)驗電路的連接依照圖5 所示， 分別將容值為22 pF，100 pF，220 pF 的Cf接入電路中， 并觀(guān)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。此電路中由于所設置零點(diǎn)在極點(diǎn)之后距離較遠的地方，波形抖動(dòng)有一些減弱，但是其抖動(dòng)幅度依然很大。

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

　　當更換為220 pF 電容時(shí)，波形的抖動(dòng)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(guò)對示波器上波形的仔細觀(guān)察，仍然能發(fā)現極其微弱的抖動(dòng)。這說(shuō)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)行估算而得出的補償網(wǎng)絡(luò )參數還需要在實(shí)際實(shí)驗中進(jìn)行驗證并調試。

　　考慮到實(shí)際應用中各種因素的影響以及估算的誤差，需要在設計補償網(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(dòng)已經(jīng)完全消失，UC3875 已經(jīng)穩定工作。對誤差放大器的輸出端進(jìn)行觀(guān)察后發(fā)現，其輸出已經(jīng)變成一條平直的直線(xiàn)。其輸出電壓的振蕩完全消失。

　　4 結論

　　雖然目前很多通用運算放大器及開(kāi)關(guān)電源控制IC 內部的誤差放大器都進(jìn)行了相位補償，但是有時(shí)外部會(huì )產(chǎn)生新的極點(diǎn)使電路變得不穩定。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，從而使其穩定工作，使用這種方法基本不會(huì )損失運放的帶寬，同時(shí)能起到良好的效果。采用這種補償方法需要有一個(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。而在開(kāi)關(guān)電源應用中，為了得到穩定的輸出電壓，內部誤差放大器的閉環(huán)增益一般都會(huì )比較大，因此非常適合使用這種方法。