
通常最容易受到干擾的是系統反饋環路中阻抗比較大的回路,由電流模式電源芯片的特性,COMP腳的阻抗比較大,因此空間磁場最有可能在這里產生干擾,引入電流信號。
圖4:電感的耦合回路
考慮電感和COMP管腳組成的耦合回路,如圖4所示,電感繞組的起始點連接到LX管腳。由圖3電感的繞線方式可以知道,當電流從電感繞組的起始點流入時,根據右手定則,電感磁芯中產生的磁場方向為從上向下流入表面,那么在圖4的耦合回路中產生的磁場方向為從下向上流出表面,圖中用黑點來表示耦合回路中產生的磁場方向。
電流模式的電源芯片工作在峰值電流模式,因此只考慮上管開通的電感電流上升階段。在電感電流上升階段,電感的磁芯激磁,那么耦合回路感應電流的方向產生的磁場一定和電感磁芯產生的磁場方向相反,耦合回路中產生的磁場方向為:從上向下流入表面。再根據右手定則,耦合回路中產生的感應電流方向為:從地流過Rc和Cc,然后流入COMP管腳。
電流模式工作時,COMP管腳電壓是電流檢測信號的給定信號,當電流檢測信號值等于COMP管腳電壓時,PWM產生關斷上管的信號。當電流檢測信號越強,上升到COMP管腳電壓的時間越短,PWM就提前關斷上管的信號。
電感繞組的起始點連接到LX管腳時,產生的感應電流方向從地經過Rc和Cc,流入COMP管腳,因此這種連接方向降低了COMP腳的電壓,相當于加強電流反饋,這樣就可以防止在低占空的工作條件下系統進入到電壓模式,系統不容易產生振蕩。
相反,當電感繞組的起始點連接到輸出時,進一步減小電流反饋信號,系統容易進入電壓模式,系統容易產生振蕩。
當輸出電壓越低,系統越容易進入電壓模式;同時電感的di/dt和(Vin-Vo)成正比,Vo越低,di/dt越大,干擾越強,因此,電感繞組的起始點不同的連接方式對系統穩定性影響就越明顯。
但是當系統的輸出電壓高時,占空比大,電流反饋信號很大,相對于電流反饋信號,干擾的感應電流信號非常小,因此其對環路的影響可以忽略,此時電感繞組起始點的連接方式對系統的穩定性幾乎沒有影響,系統也就不容易產生振蕩。
3、系統仿真及測試
可以通過將輸出電感加一個繞組形成耦合電感,進行仿真研究并實際測試結果。通過寄生回路的電感計算耦合電感的初級和次級的匝比,然后將耦合電感的次級繞組串聯連接到地和Rc和Cc環路之間。
改變電感極性,也就是電感繞組起始點的連接方式,COMP管腳的電壓具有20~50mV的變化。電感起始點連接LX時,COMP管腳的電壓變低,電感起始點連接Vo時,COMP管腳的電壓升高。電感起始點連接LX時,系統的帶寬小,相位裕量大,系統容易穩定。
另外,輸出電容及輸出回路的ESL同樣也影響到系統的穩定,干擾信號會通過FB管腳進入系統的環路,原理和上面分析結果基本相同。就是在低占空比的工作條件下,系統反饋環路中,引入的電流信號越強,系統越容易穩定。
(a):COMP管腳電壓仿真
(b):LX管腳電壓仿真
(c):環路仿真
(d):電感起始點連接LX波形
(e):電感起始點連接Vo波形
圖5:耦合電感的仿真及測試波形
4、結論
(1)在低占空比工作條件下,電流檢測信號小,電源芯片工作在電流模式和電壓模式的臨界狀態,系統容易受到干擾產生振蕩。電感繞組的起始點連接到LX管腳時,耦合的感應電流降低COMP腳的電壓,從而加強電流信號的反饋,系統不容易從電流模式轉入電壓模式工作,從而提高系統的穩定性。
(2)高占空比的工作條件下,電流檢測信號非常大,此時電感繞組起始點不同的連接方式,對系統的穩定性沒有影響。
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