原來造成開關電源環路不穩定的因素有這麼多….
在開關電源的設計過程中，控制環路的設計至關重要，甚至可以決定電源的成敗，所以設計中遇到的環路問題多半都是核心問題。電源環路補償設計常常被看作是一項艱難的任務，對經驗不足的電源設計師尤其如此。在實際補償設計中，為了調整補償元件的值，常常需要進行無數次迭代。這不，網友shuiqinghan2012就遇到環路補償方面的棘手問題，不過最終經過多次試驗得以解決，如今他分享出來，希望能夠幫助更多的人。
問題是這樣的！網友使用凌特IC做了一個4節鋰電池充電和系統供電的模組。輸入14~30V，輸出16.8V，VBAT最大充電電流3.3A。VOUT輸出3A（實測4A沒問題，效率91%）遇到的問題是環路補償——環路不穩定。
詳細描述：剛做的demo到達後測試，輸入15V，輸出16.8V，輸出電流在2A以上時就電感嘯叫，並且電感發燙嚴重，計算此時的效率大概在80%左右。基本可判斷為環路不穩定造成，但當時不知道如何解決，直接在2A或者3A狀態下測量補償引腳ITH或VC，發現示波器探頭接觸後，電感不再嘯叫，也不再發燙。查閱了相關資料，主要有TI：環路補償很容易以及凌特：開關模式電源的建模和環路補償設計。
其中提到一點：環路不穩定的一般表現為：不穩定電源的典型症狀包括：磁性元件或陶瓷電容器產生可聽噪聲、開關波形中有抖動、輸出電壓震盪、功率 FET 過熱等等。判斷方式使用：一種快速確定執行不穩定是否由環路補償引起的方法是，在反饋誤差放大器輸出引腳 (ITH) 和 IC 地之間放置一個 0.1μF 的大型電容器。(或者，就電壓模式電源而言，這個電容器可以放置在放大器輸出引腳和反饋引腳之間。) 這個 0.1μF 的電容器通常被認為足夠大，可以將環路頻寬拓展至低頻，因此可確保電壓環路穩定性。如果用上這個電容器以後，電源變得穩定了，那麼問題就有可能用環路補償解決。
1.開始之前：測量補償前的動態響應輸出：使用示波器交流耦合方式1A到3A載入，10mS.波形如下：（瞬態負載）可以看出，是一個很不穩定的二階系統（二階響應）
2.新增0.1uF補償電容：（最好先看一下凌特上述連結的文章，再看我下面的實驗及說明）結果如下：
可以看到其變成得穩定了，再次條件下測量帶載能力，輸出16.8V，3A沒問題。據此可判斷環路頻寬太寬，即交叉頻率Fc太大，導致系統不夠穩定，因此需要將Fc縮小，引Power state已基本固定，就通過修改補償環節以達到修改環路補償Abeita的效果。（如需深入瞭解因學習一下負反饋理論和運算放大器傳遞函式等理論，後面會新增TI的反饋筆記）
根據TI環路補償很容易部分的伯德圖，可判斷基本方式為減小如下中頻增益和拓寬補償零點。降壓時也相同。
根據其計算公式，可知要較少Rcomp或Ccomp。（回想使用示波器探頭測量之後就會變穩定，就是因為探頭的2M電阻與Ro 1M並聯，較小了Ro，也即降低了中頻增益）。具體操作時將Ccomp減小1倍，也即將零點提高1倍。使得Fc較小，環路變穩定。
具體實驗為：Rcomp 47K;Ccomp=270pF測試OK，3A負載(2A載入)時瞬態有200mV過沖，且有高頻毛刺。波形如下：
據此穩定性已基本解決，測試全部輸入電壓範圍和最大負載3A均正常，效率到在90%以上。效率對比如下：
14V輸入時：補償前效率為83%，補償後為93%；發熱消耗的功率為16.8x3x10%=5W;可見電感不燙也是不行啊。據此不穩定問題已解決，同步發出希望遇到相似問題的人蔘考，再次請大家注意，不穩定可能引起的現象，防止一開始就走偏路。環路不穩定的一般表現為：不穩定電源的典型症狀。包括：磁性元件或陶瓷電容器產生可聽噪聲、開關波形中有抖動、輸出電壓震盪、功率 FET 過熱等等。電感發熱不一定是過流問題，也可能是不穩定問題。
看到網友的辛勤成果分享，不知你是否也有點小小的觸動。贈人玫瑰手有餘香，我們這裡非常歡迎熱心網友投稿給我們，將工程師遇到的棘手問題以及最終解決方法共享，藉此來幫助更多的工程師，讓他們少走彎路。
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