作者：德州仪器 (TI)工程师Wanda Garret
关于电源规划经验不足的体系规划人员来说，开关稳压器稳定性这一论题或许看上去 让人有些望而怯步。其实，保证稳压器的稳定性的最简略办法便是运用一款具有内涵稳定性的转换器，比如说迟滞型转换器。但是，因为它们不断改动的开关频率， 会导致与开关噪声过滤相关的其它问题。别的一个挑选便是内部补偿稳压器。这种类型的稳压器适用于许多规划，不过通常状况下不支持比6A高太多的负载电流， 关于降压稳压器来说也是如此。当需求愈加精细的电源时，就需求具有外部补偿的稳压器了。
走运的是，比如TI的WEBENCH Power Designer[1]的规划东西包含补偿组件的选型。还有几款东西包含一些有助于对稳压器的稳定性进行评价的信息，像估算出的相位裕量，和/或许显现波特图的电气仿真，和/或许瞬态呼应。
不 过，假如有必要替换要害电路图组件的话，该怎么办呢？补偿改动怎么匹配呢？此外，不同规划东西对这些问题的处理是不同的。WEBENCH电源规划东西包含一 个可以轻松更新补偿的全新补偿规划选项，这个功用乃至可以完结更快的呼应或更好的相位裕量。这篇文章将供给一个规划示例，为您演示怎么运用补偿规划东西， 以及取得所需瞬态呼应和稳定性的不同选项。
在咱们的示例中，咱们用WEBENCH电源规划东西创立一个具有LM21215A-1[2]的电源规划。输入电压为3V至5V，12A电流时的输出电压为1V。规划完结时，在33.1kHz的穿插频率上显现出相位裕量为45.1°的工作值。45°周围的相位裕量还不错，标明快速呼应与瞬态呼应内最小过冲的均衡（图1和2）。
图1.具有由Cc1、Rc1和Cc2组成的外部补偿网络的降压开关稳压器。
图2.图1中开关稳压器的频率呼应 (a) 和同一开关稳压器的负载瞬态呼应 (b)。
替换要害组件会损坏稳压器稳定性
我 们有时有必要替换那些会影响频率呼应的组件。而其原因往往是在数个规划中需求运用特定组件，这样可以简化存货清单。假如咱们将电感器的主张值从560nH更 改为1.2μH（依然处于这款规划的主张规模内），相位裕量大约削减了37°。这个值低于咱们45°的方针值。瞬态呼应显现出，输出电压的振铃增加了很 多，这表明稳定性下降（图3）。
图 3.图.1中电路的频率呼应。(a) 运用开端的560nH电感器（绿色增益曲线，橙色相位曲线），以及选用1.2μH电感器的频率呼应（赤色增益曲线，蓝色相位曲线）。针对相同两款规划改动 的负载瞬态呼应 (b) 在运用1.2μH电感器的状况下稳定性较低。运用开端560μH电感器的输出电压为绿色迹线；选用1.2μH电感器时的输出电压为赤色迹线；12A至 1.2A至12A负载阶跃为蓝色迹线。
提高稳压器稳定性
那么，咱们怎么提高相位裕量和稳定性呢？咱们有几个或许的办法：
独自地更改补偿网络或其它首要组件，并测验成果；
运用WEBENCH Compensation Designer，以特定的相位裕量为方针；
运用WEBENCH Compensation Designer，直接改动频率呼应的极点/零点；
运用WEBENCH Compensation Designer，更改补偿组件，并在将它们运用于规划之前测验成果。
WEBENCH Compensation Designer是一款WEBENCH Power Designer内的全新东西。它大为简化了稳压器频率呼应的调理，快速测验或许改动的成果，以找到一款好的解决方案。
因为第一个办法太耗时，咱们将不运用这种办法。咱们查看一下其它三种办法的成果。
1）以特定的相位增益为方针。
在WEBENCH规划中，咱们单击Re-Comp按钮来翻开Compensation Designer。在最开端显现的是开端的规划功能（图4的左半部分），相位裕量为36.8°。主张的方针相位裕量为47°，方针穿插频率为50kHz。这两个值都是比较不错的方针值。
我 们将Optimization Tuning（优化调谐）滚动至“Robustness（稳健经用）”，以着重频率呼应时的相位裕量。下一步单击“Auto Compensate（主动补偿）”。现在得到的相位裕量为47°，穿插频率为49kHz（图4的右半部分）。这就与咱们的方针值相吻合了！然后，咱们单 击“Apply Changes to Design（运用改动）。”查看波特图和瞬态呼应仿真，承认现在的稳定性是否杰出（图5）。
图4. WEBENCH Compensation Designer可以运用户查看现在的补偿和稳定性，而且将补偿规划调整到新的方针值上。在运用图1中的规划，以及更大的1.2μH电感器时，缺省方针值 和规模 (a) 周围显现的绿色字体是频率呼应汇总，以及补偿组件。此刻将Optimization Tuning向“Robustness”移动，单击“Apply changes to design.”按钮。(b) 中的绿色字体显现的是已更新的频率呼应汇总，以及补偿组件值。
图5. (a) 是依据图1，运用1.2μH电感器时的电路频率呼应，选用开端补偿值（绿色增益曲线、橙色相位曲线），以及改善补偿值（赤色增益曲线、蓝色增益曲线）时的 状况。针对相同两个规划改动的负载瞬态呼应，(b) 显现的是运用全新补偿值时的更佳稳定性。运用开端补偿值时的输出电压为绿色迹线；运用更新补偿值时的输出电压为赤色迹线；12A至1.2A至12A的负载 阶跃为蓝色迹线。
2）改动频率呼应极点与零点。
选项2是一项愈加具有挑战性的技能，而且需求用到某些操控原理专业知识。 翻开Compensation Designer，咱们挑选Manual（手动）标签页（不是Auto标签页），并单击“Edit Poles/zeros（修改极点/零点）”按钮。图6中显现的是频率呼应中极点和零点的频率值。
经过将零点频率更改为愈加接近电感器和 输出%&&&&&%器所生成的双极点 (1/2*sqrt(L*Cout))，咱们可以改善相位裕量。在这个状况下，双极点的频率大约为8kHz。假如咱们将零点1的方针频率设定为 4kHz（8kHz的一半），而将零点2的方针频率设定为8kHz，得到的相位裕量为49°，而此刻的穿插频率大约为59kHz。这两个值大大地好于之前 的37°和20kHz的相位裕量和穿插频率值（图7）。
图6. (a) 中，在运用1.2μH电感器时的示例规划中，核算得出的极点与零点用绿色字体显现。(b) 中，将零点1的方针值改为4kHz，零点2的方针值改为8kHz之后，核算得出的极点和零点。
图7. 更改零点1和零点2的方针频率之前（灰线，符号A）和之后（绿线，符号B）制作的波特图。
在零点现已被更改后，咱们会发现相位裕量值被大大改善，从37°增加为49°。穿插频率也从35kHz增加到60kHz。还有其它可以在较高穿插频率下完结杰出相位裕量的技能，比如说那些主动从头补偿所运用的技能，不过这些技能不在这篇文章的评论规模之内！
3）更改补偿组件。
外部补偿组件决议了咱们在选项2中评论过的极点和零点。在咱们的示例运用LM21215A-1器材时（图8），数据表中给出了与它们之间联系有关的方程式和信息（方程式1）。
图8.显现补偿组件Rc1、Rc2、Cc1、Cc2和Cc3的LM21215A-1规划电路原理图部分。
假如某些值与咱们库存中的器材值不匹配的话，咱们或许想独自调整补偿组件。或许，咱们或许想试着改善频率呼应。
以 第一个状况为例，在工作示例中运用咱们开端运用的570nH电感器，咱们可以看到Rc2的电阻值为806Ω。假如电阻值差最接近1%的库存电阻器为 750Ω，那么相位裕量从45°削减到大约44°，而且穿插频率丛33kHz削减到30kHz（图9）。咱们需求决议这个更改是否影响过大，会不会有问 题。
图9. 补偿组件的起始值显现在左上角的方框中，得出的频率呼应值显现在规划工作值方框的下方 (a)。Rc2的电阻值从806W变为750W后的成果显现在右下角的规划工作值方框内 (b)。需求留意的是，Cc3主动改动为1nF，部分抵消了Rc2的改动成果。
别的一个办理补偿组件值的办法是返回到Compensation Designer的“Auto”标签页。这是一个设置组件值规模的当地。咱们可以调理任一组件的规模（图10）。
图10. WEBENCH Compensation Designer使得用户可以约束补偿组件所运用的值的规模。
定论
当需求查看、调整或优化电源规划的补偿时，WEBENCH Compensation Designer等东西为你供给你所需求的或多或少的主动化攻略。
