测试降压转换器稳定性的简单方法
AN075
本应用笔记提供了一个详尽的指南，讨论如何评估转换器的稳定性。对设计者来说，考虑对转换器应用快速负载阶跃，并监控输出电压响应以识别潜在问题非常重要。实际上，具有不同补偿网络的不同降压转换器，可能有不同的方式来解决负载阶跃响应中的振铃问题。在本文的最后，将介绍一个简单且实用的，由锂离子电池驱动的自制工具，用于量测快速负载。
1 时间域分析
检查转换器稳定性的常见方法是通过频率域分析，通过测量开环频率响应，并观察交叉点的控制回路交叉频率，和相位裕量。这是一种复杂的测量，需要专门的昂贵设备。快速检查转换器稳定性的简单方法，是通过将一个快速变化的阶跃负载施加到转换器，并观察负载阶跃期间的输出电压响应进行时间域分析：这个方法将突显出可能的回路稳定性、输入供应稳定性、斜率补偿问题、负载调节和布局问题。
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图1
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图1中的阶跃负载响应显示了几种转换器回路稳定性情况，从非常稳定（相位裕量75°）到非常不稳定（相位裕量36°）。可以看到，阶跃负载响应中的任何振铃都表示相位裕量过低，这增加了向振荡的倾向。
重要的是，负载阶跃的速度（上升时间）应该比转换器的控制回路速度快得多，以便看到这些不稳定性效应。上升/下降时间为200至500nsec的阶跃负载将足以测试大多数降压转换器的稳定性。
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图2
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图2展示了一种简单的工具，用于对转换器产生快速负载阶跃：由脉冲发生器驱动的MOSFET在转换器输出处打开和关闭一个负载电阻。固定电阻提供静态负载。通过电流探头测量负载电流，并直接在转换器输出电容器上测量转换器输出电压。使用此设置，可以轻松达到500nsec的负载阶跃上升和下降时间。
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图3
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图3显示了一个带有过多振铃的快速负载阶跃响应的例子。通过测量阶跃负载振铃频率，可以估计转换器的交叉频率。这对于找出不稳定性的原因可能有帮助。
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2 如何改善振铃
具有Gm类型误差放大器的电流模式降压转换器具有连接到地的补偿网络。
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图4
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转换器回路带宽大约为：
 , 其中fC 通常为1/10 – 1/20的切换频率。
如果测量的交叉频率远高于公式计算的值，则必须找出偏差的原因。
在许多情况下，由于DC偏置较高或ACRMS涟波电压较低导致电容量下降，MLCC输出电容器的值可能低于额定值。如果是这种情况，可以增加输出电容（添加更多电容器）或减小RCOMP，这两种方法都会降低转换器的带宽。请参见图4。
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图5
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具有OPAMP类型误差放大器的电流模式降压转换器有连接补偿网络，如图5所示。
回路带宽由以下公式给出：
具有内部补偿的降压转换器IC经常使用此配置。
重要的是，要了解到反馈电阻R1的值在转换器稳定性中会造成影响。R1的值过低将导致交叉频率过高，并造成相位裕量低和阶跃负载响应中的振铃。
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图6
Richtek新一代18V ACOT®产品，例如RT6252A/RT6252B、RT6253A/RT6253B、RT6262A/RT6262B、RT6263A/RT6263B、RT6264A/RT6264B，调整稳定度方式与RT7277相同。
2.1 立锜ACOT®转换器稳定度
立锜ACOT®转换器没有误差放大器，因为它们以基于涟波的滞后控制模式运行。由于滞后控制回路的阻尼不足，ACOT®转换器可能会在负载阶跃中显示振铃。这种情况经常出现在输出电压较高或占空比较高的应用中。较大的输出电容也会增加输出振铃的机会。要增加控制回路的阻尼，请添加Cff，如图6所示。
Cff的最佳值可以从振铃频率推导出来：
.
下面的测量结果显示了一个5V应用与不同Cff值的例子。
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5V application: Cout = 44µF
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Cff = 0pF
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Cff = 33pF
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Cff = 82pF
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阶跃负载响应中振铃的其他原因：输入供应振铃。
转换器输出处的负载阶跃也将导致转换器输入处的负载阶跃。如果输入供应存在稳定性问题，或者输入供应线中存在电感，则输入供应的不稳定或共振也可能在输出轨道上可见。输入供应的共振问题可以通过在转换器MLCC输入电容器中，平行添加一个电解电容器来解决。它将充当RC抑制电路并进行平抑。
3 简单的自制便携式负载瞬变工具范例
图7中的原理图显示了一种实用的灵活快速瞬变工具的解决方案。
图7
IC1是一种电压控制的PWM生成器IC。MOD脚上的电压设定了PWM的占空比，DIV脚上的电压设定了频率范围，并且连接到SET脚的电阻值设定了精确的频率。OUT脚具有足够的驱动能力，可以驱动上升时间和下降时间快的小型MOSFET。占空比通常设定在较低的水平，大约为5%。这使得在限制脉冲负载电阻和MOSFET中的总功率的同时，可以吸引较大的脉冲电流。大约150µsec的脉冲宽度就足以在大多数DC/DC转换器中看到完整的电压下降和恢复，因此PWM频率可以设定在大约330Hz。
最方便的是通过锂离子电池为电路供电；这使得电路完全隔离，避免了接地设备之间的地面反弹。这种电路的设计中，电池电压变化不会影响频率或占空比设定，并且由于电流消耗仅为0.4mA，因此电池的寿命非常长。
如需获得更多信息，请阅读完整的应用说明：降压转换器稳定性测试
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