用于固定開啟時間穩壓器的低ESR穩定技術

遲滯控制是最簡單的穩壓控制方法之一。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，在輸出電壓上升到稍高于參考電壓時斷開開關。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，開關頻率往往也會有很大的變化。這是基于遲滯原理的穩壓設計的最大缺點之一。

為了改善這一狀況，業界開發出了固定開啟時間的控制技術，這種技術只需增加一點點復雜性，即能提供明顯改善的頻率控制性能。這種技術需要在控制電路的信號路徑上增加一個簡單的單觸發定時器。單觸發定時器的周期可以進行編程，它是輸入電壓的反函數。只需通過連接到Vin的單個電阻就能實現編程。不過在這種設計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所需的時序關系。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現了完全與ESR無關，而電路復雜度只是稍許增加，輸出紋波則有明顯下降。

圖1：COT穩壓器框圖和典型應用電路

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

COT穩壓器框圖和典型應用電路如圖1所示。

只要輸出電容C2具有足夠的ESR使其在開關頻率點呈現阻性，這個電路都將正常工作。控制電路將輸出的三角波紋波的底部穩定在標稱的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。這一過程不斷地重復進行。因此開關頻率和輸出紋波受設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陶瓷輸出電容串聯一個1.5Ω電阻的情況。

圖2：一個22uF陶瓷輸出電容串聯一個1.5Ω電阻的情況

這種電路可以提供限定的、控制良好的ESR。開關電路非常穩定，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果可能完全可以接受，從而認為設計已經完成。圖3是為了減少紋波而取消了1.5Ω電阻時的情況，結果令人失望。

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，開關脈沖是成串出現的，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。仔細觀察電路設計可以發現從哪里開始改進的首要線索。需要注意的是，R1/R2分壓器用于向穩壓器提供反饋并設置想要的輸出電壓。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頻率點的阻抗低于R1，那么就可以顯著地改善交流信號，同時不影響直流穩壓。將拐點頻率設在開關頻率的大約1/10處。當開關頻率為500kHz時，對RC來說意味著50kHz的截止頻率。由于C=1/2πRF，當R1等于3kΩ時，可以計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：改進后的新電路

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

圖5：電路改進后的結果