用于固定開啟時間穩(wěn)壓器的低ESR穩(wěn)定技術(shù)

遲滯控制是最簡單的穩(wěn)壓控制方法之一。這種控制方法非常簡單，只需在輸出電壓低于參考電壓時接通開關(guān)，在輸出電壓上升到稍高于參考電壓時斷開開關(guān)。因此輸出紋波受到遲滯水平的直接影響。有些東西簡單到難以想象，但并不總是越簡單越好。隨著輸入電壓的變化，開關(guān)頻率往往也會有很大的變化。這是基于遲滯原理的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)的最大缺點(diǎn)之一。

為了改善這一狀況，業(yè)界開發(fā)出了固定開啟時間的控制技術(shù)，這種技術(shù)只需增加一點(diǎn)點(diǎn)復(fù)雜性，即能提供明顯改善的頻率控制性能。這種技術(shù)需要在控制電路的信號路徑上增加一個簡單的單觸發(fā)定時器。單觸發(fā)定時器的周期可以進(jìn)行編程，它是輸入電壓的反函數(shù)。只需通過連接到Vin的單個電阻就能實(shí)現(xiàn)編程。不過在這種設(shè)計(jì)中遲滯控制電路仍然需要保留，因此在反饋引腳上仍需要一定的紋波電壓。很可惜，在某些情況下這一紋波分量可能超過所需。

陶瓷輸出電容會使紋波的相位偏離電感電流90°，因此不能提供正確控制主開關(guān)所需的時序關(guān)系。圖1中所示的電路可以解決這些問題，并且在某個例子中實(shí)現(xiàn)了完全與ESR無關(guān)，而電路復(fù)雜度只是稍許增加，輸出紋波則有明顯下降。

圖1：COT穩(wěn)壓器框圖和典型應(yīng)用電路

這些電路被配置為輸入電壓范圍為15V到75V，輸出10V標(biāo)稱電壓時電流為1.25A。大多數(shù)測試是在輸入電壓為30V時完成的。

COT穩(wěn)壓器框圖和典型應(yīng)用電路如圖1所示。

只要輸出電容C2具有足夠的ESR使其在開關(guān)頻率點(diǎn)呈現(xiàn)阻性，這個電路都將正常工作?？刂齐娐穼⑤敵龅娜遣y波的底部穩(wěn)定在標(biāo)稱的2.5V。只要Vout低于這一電平，取決于輸入電壓的開啟時間就會被初始化，迫使輸出電壓稍微抬高一點(diǎn)。這一過程不斷地重復(fù)進(jìn)行。因此開關(guān)頻率和輸出紋波受設(shè)置的開啟時間所控制。如果輸出電容值非常大，就會有很少量的信號包含在輸出紋波中，造成反饋信號的信噪比非常低，電路就會對噪聲非常敏感。如果使用非常低ESR的電容，也會產(chǎn)生同樣的問題，原因是信號幅度低，并且需要的信息被相移了90°。

圖2是一個22uF陶瓷輸出電容串聯(lián)一個1.5Ω電阻的情況。

圖2：一個22uF陶瓷輸出電容串聯(lián)一個1.5Ω電阻的情況

這種電路可以提供限定的、控制良好的ESR。開關(guān)電路非常穩(wěn)定，工作可靠，但疊加在10V輸出上的紋波峰峰值接近500mV。在許多情況下這個結(jié)果可能完全可以接受，從而認(rèn)為設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。圖3是為了減少紋波而取消了1.5Ω電阻時的情況，結(jié)果令人失望。

圖3：為了減少紋波而取消了1.5Ω電阻時的情況

降低紋波電壓

值得注意的是，開關(guān)脈沖是成串出現(xiàn)的，紋波看起來非常接近正弦波。為了使紋波幅度下降約一半，只能放棄正確的操作。仔細(xì)觀察電路設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)從哪里開始改進(jìn)的首要線索。需要注意的是，R1/R2分壓器用于向穩(wěn)壓器提供反饋并設(shè)置想要的輸出電壓。這個分壓器會同時衰減紋波電壓和直流電平，因此會降低供給控制電路的有效交流信號。這里所說的穩(wěn)壓器參考電壓是2.5V，因此對于10V輸出來說分壓比是4:1。如果上面的分壓電阻R1再并接一個電容，并且這個電容在開關(guān)頻率點(diǎn)的阻抗低于R1，那么就可以顯著地改善交流信號，同時不影響直流穩(wěn)壓。將拐點(diǎn)頻率設(shè)在開關(guān)頻率的大約1/10處。當(dāng)開關(guān)頻率為500kHz時，對RC來說意味著50kHz的截止頻率。由于C=1/2πRF，當(dāng)R1等于3kΩ時，可以計(jì)算得到電容值大約為1,000pF。因此可以獲得增加4倍的交流反饋信號，從理論上講應(yīng)該可以將ESR減少4倍，并重新獲得正確操作。折合成ESR為375mΩ。新電路如圖4所示。

圖4：改進(jìn)后的新電路

圖5顯示了上面過程的結(jié)果。紋波下降到約150mV峰峰值，開關(guān)頻率則與先前例子中幾乎相同。

圖5：電路改進(jìn)后的結(jié)果