電源設(shè)計(jì)小貼士：避免常見(jiàn)誤差放大器使用錯(cuò)誤

本文集中介紹一些您可以很輕松避免的電源誤差放大器使用錯(cuò)誤，主要包括錯(cuò)誤計(jì)算誤差放大器的增益，從而讓放大器完成某些超出其能力的工作以及錯(cuò)誤地對(duì)電路進(jìn)行布局。圖 1 顯示了一款典型的電源，其使用一個(gè)具有內(nèi)置誤差放大器的控制 IC。放大器正輸入連接至一個(gè)內(nèi)部參考電壓，負(fù)輸入經(jīng) FB 引腳引出，而輸出經(jīng) COMP 引腳引出。電源輸出電壓由分壓器 R5 和 R7 設(shè)置。

第一種常見(jiàn)誤差放大器錯(cuò)誤是在 AC 小信號(hào)增益計(jì)算中使用 R5，盡管其實(shí)際沒(méi)有影響。如果誤差放大器使用正確，則其輸入就為一個(gè)虛假接地。這就意味著，沒(méi)有 AC 電流會(huì)流經(jīng) R5，并且對(duì) AC 小信號(hào)增益無(wú)影響。通過(guò)誤差放大器輸入的“戴維寧”（Thevenin）等效電路，您可以輕松地說(shuō)服自己。（請(qǐng)參見(jiàn)附件）


圖 1 內(nèi)建到控制 IC 中的誤差放大器

第二種常見(jiàn)錯(cuò)誤是讓放大器提供超出其能力范圍的增益，圖 2 描述了這種錯(cuò)誤。它顯示了理想的誤差放大器頻率響應(yīng)、放大器的增益以及給定誤差放大器限制的預(yù)計(jì)性能。由于其帶寬限制的存在，放大器無(wú)法給出理想的高頻增益。盡管圖中未能顯示，但相位也受到嚴(yán)重的影響。電壓模式轉(zhuǎn)換器（如圖 1 所示）中需要高頻大增益，這時(shí)問(wèn)題會(huì)更加突出。設(shè)計(jì)誤差放大器補(bǔ)償時(shí)，請(qǐng)?zhí)貏e注意其帶寬限制，否則您最終需要使用一個(gè)震蕩電源。



圖 2 誤差放大器帶寬限制可用增益

最嚴(yán)重的寄生電容問(wèn)題通常會(huì)涉及反饋 (FB) 電壓以及誤差放大器補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的布局。這是由于誤差放大器輸入的高阻抗、誤差放大器的高增益，以及大量連接至該節(jié)點(diǎn)的組件。圖 1 顯示了典型控制器中出現(xiàn)這一問(wèn)題的位置，以及一個(gè)較為可能的耦合節(jié)點(diǎn)。Q1 和 D1 之間的連接約有 0.1 V/ns 到 1 V/ns 的極高轉(zhuǎn)換速率，并且會(huì)形成僅 1 pF 寄生電容的 1 mA 電流。

一般而言，F(xiàn)B 和補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的阻抗約為 1K 到 10K Ohms，因此該電流可在誤差放大器輸入端形成極大的電壓擾動(dòng)。其通常以游走柵極驅(qū)動(dòng)或感知振蕩的形式顯現(xiàn)，而電源會(huì)努力對(duì)噪聲源產(chǎn)生的誤差進(jìn)行校正。最為成功的設(shè)計(jì)會(huì)認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，并繪出示意圖以讓諸多補(bǔ)償組件出現(xiàn)在誤差放大器的附近，這樣來(lái)給出一種建議布局。確保各組件均緊湊地放置在誤差放大器的附近，并確保連接它們的線跡很短。另外，還要確保這些組件附近沒(méi)有高 dV/dt 線跡，主要包括開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

另一種常見(jiàn)問(wèn)題是在反饋電路中沒(méi)有使用正確的阻抗。誤差放大器的驅(qū)動(dòng)能力有限，必須使用合適的反饋組件電壓。在圖 1 所示情況下，誤差放大器的驅(qū)動(dòng)力僅為 100 uA，因此其電壓只能為 1V 左右。連接誤差放大器輸出或者其反饋環(huán)路中的阻抗不應(yīng)低于 10K Ohms。請(qǐng)注意不要在反饋環(huán)路中使用過(guò)大的阻抗值，因?yàn)樗鼤?huì)增加拾取開(kāi)關(guān)波形噪聲的敏感度。圖 1 還表明了在誤差放大器附近配置反饋組件的最佳方法。電阻連接至高阻抗誤差放大器輸入端 (FB)，而非電容。通過(guò)有效地讓它們降低阻抗，從而降低 R6/C9 和 R4/C3 節(jié)點(diǎn)的噪聲敏感度。電容的另一端連接至電路的低阻抗端點(diǎn)，從而降低噪聲耦合的可能性。

總之，使用誤差放大器時(shí)，有許多犯錯(cuò)的可能，包括錯(cuò)誤計(jì)算誤差放大器增益，要求放大器提供超出能力范圍的高增益，以及錯(cuò)誤布局電路。對(duì)這些問(wèn)題稍加注意即可幫助您避免在實(shí)驗(yàn)室中花費(fèi)數(shù)小時(shí)來(lái)調(diào)試您的電路。

下個(gè)月，我們將進(jìn)一步討論 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的反饋環(huán)路基礎(chǔ)知識(shí)，敬請(qǐng)期待。

文章末尾列出了之前發(fā)表的一些《電源設(shè)計(jì)小貼士》文章。如欲了解本文章內(nèi)容及其他電源解決方案的更多詳情，敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：www.ti.com.cn/power。

附件

使用電壓設(shè)置電阻的誤差放大器增益