标签: 电源稳定性

    元芳：大人，元芳寻大人几日不见，甚是担心。今太平盛世，无案可断，想必大人又是去修研电路？ 狄：最近宫里的案子快结了，我去垒了几天代码，今天得空出来再与你说一下之前零极点的案子。元芳，你可知其中补偿目的何在？ 元芳：开关电源实际也是一个负反馈系统，输入输出电压、输出电流以及输出电感、电容的差异都会导致整个反馈环路的增益、相位变化，可能使系统不稳定，甚至产生振荡。像我们这个案子中的输出波形就很像系统产生了振荡。 狄：正是如此。那你可知上次我们讨论的 3 个零点和 4 个极点所代表的意义？ 元芳：大人，我根据上次你的讲解，对照模型标出了各个零极点的位置，其中 Z1 和 P1 是由输出电阻和滤波电容需求决定。其中 C o 是输出滤波电容的容值和， R ESR 是滤波电容的等效串阻，我们的电路中是使用 2 个 10uF/0603 的瓷片电容， R ESR 大概是 5m Ω。 R L 是等效负载，我们使用的 DSP 此路平均电流是 1.2A ，电压是 1.2V ，所以 R L 是 1 Ω。其他零极点元芳猜测是根据这 Z1 与 P1 进行的设置。但具体如何设置我就不得其道了。 狄：元芳，这几天你果然精进，见你这几日功课做的足备，我也放心了。正如你所说，其余 3 个极点和 2 个零点正是根据 Z1 和 P1 的频点进行设置。至于如何设置补偿用的零极点，说来话长……元芳，你看那边夜色压了过来，想必到了做梦的好时辰……（哈欠中……） 元芳：大人，元芳还有一事不明，几日寝食难安，还忘大人先指点一下。我见此电路中有阻容参数，却独没有电感。电感对环路的影响十分大，但此图中却……该不会是此图有误？？ 狄：元芳，你有所不知。开关电源主要分两类，一类是电压模式，一类是电流模式。此芯片正是电流模式，该模式优点之一便是在小信号分析时不考虑电感，芯片控制图中的 i L 的值，所以串在通路中的电感可以在计算和模型中去掉。具体情况可以翻阅《开关电源设计》（电子工业出版社）。但这并不意味实际电路中没有电感，关于电感还有电容值的计算，日后有机会再与你讲来。 元芳：原来如此！多谢大人，元芳今夜终于可以安心入睡了！ 狄：丑时将近，抓紧睡觉！   元芳，你对此电路有何看法？（1） 元芳，你对此电路有何看法？（2） 元芳，你对此电路有何看法？（3） 元芳，你对此电路有何看法？（4） 元芳，你对此电路有何看法？（5） 元芳，你对此电路有何看法？（6） 元芳，你对此电路有何看法？（7-终结）    

  元芳，你对此电路有何看法？（6） 元芳：大人，您这闭关几月，今日终于再得见大人一面。上次大人所授，元芳明白了零极点配置大致原理，但还是不知道如何依此调整电路参数，还望大人解惑…… 狄：元芳，你可知一般电源系统稳定有何要求？ 元芳：一般电源系统要求 30 度以上的相位裕量和 10dB 以上的增益裕量，否则在负载变化或温度变化时就容易发生异常。 狄：不错，之所以有此要求，是为防止异常情况下发生振荡。按我们之前测到的信号，电源输出有 100KHz 左右振荡产生，幅度稳定，所以系统在 100KHz 左右增益达到 0 ，而且对应的相位应该接近 0 。 元芳：（将信将疑）大人仅是推断？ 狄：元芳，你看，这是我托人从西域厂家索取的工具 --Tina-TI ，可以用于仿真他们的一些电源芯片型号。另外又索取了一份该芯片的仿真模型。你且去研究一下它的用法，并按我们之前使用的电路参数设置后进行仿真，看仿真结果如何？ （元芳接过工具走入西厢房……）   （半晌过后，元芳欣喜跑出西厢房） 元芳：大人！大人！果然如您所说，我将参数配置好后，进行仿真，刚好在 100K 附近增益曲线穿越 0dB 线，此刻相位也接近 0 度。   狄：嗯，依此看来，此工具仿真结果还是非常可信。 元芳：大人，不知此情形该如何补救？ 狄：如此，且听我从需求出发，为你理清整条思路。 元芳：大人，请！ 狄： 首先根据输出电压和电流确定开关频率，频率越高则越有利于电感和电容的小型化，提高密度同时降低成本，但频率过高会导致芯片和电感发热严重，降低效率。此案中，根据应用选用开关频率 1MHz 。 元芳：原来如此，难怪好多开关电源只使用几十 K 的开关频率，应当是芯片开关和磁芯的损耗比较大造成的？是不是随着芯片工艺提升和输出电感性能改善，开关频率能越来越高？ 狄：正如你所说，目前 1M 以上开关频率的芯片越来越多，也正如此案所见，使用高频率开关电源则需更关注电源稳定性。尤其需要注意调整零极点分布。吾曾听闻，名士挪一零极点，资以万计。只是用的太少，如今几乎已绝迹江湖…… 元芳：如此甚是可惜，如此关系到系统稳定性的绝学，居然也绝迹江湖了…… 狄：此国之悲也，如此绝学除遇到重大事故，难得重视。罢了，说来心痛，天色又晚，明天我们继续讨论如何更改电路参数来使电源系统稳定。 元芳：大人晚安！   元芳，你对此电路有何看法？（1） 元芳，你对此电路有何看法？（2） 元芳，你对此电路有何看法？（3） 元芳，你对此电路有何看法？（4） 元芳，你对此电路有何看法？（5） 元芳，你对此电路有何看法？（6） 元芳，你对此电路有何看法？（7-终结）