圖1.具有由Cc1、Rc1和Cc2組成的外部補償網(wǎng)絡(luò )的降壓開(kāi)關(guān)穩壓器。

圖2.圖1中開(kāi)關(guān)穩壓器的頻率響應 (a) 和同一開(kāi)關(guān)穩壓器的負載瞬態(tài)響應 (b)。

替換關(guān)鍵組件會(huì )損壞穩壓器穩定性
我們有時(shí)必須替換那些會(huì )影響頻率響應的組件。而其原因往往是在數個(gè)設計中需要使用特定組件，這樣可以簡(jiǎn)化存貨清單。如果我們將電感器的建議值從560nH更改為1.2μH（仍然處于這款設計的建議范圍內），相位裕量大約減少了37°。這個(gè)值低于我們45°的目標值。瞬態(tài)響應顯示出，輸出電壓的振鈴增加了很多，這表示穩定性下降（圖3）。

圖3. 圖.1中電路的頻率響應。(a) 使用最初的560nH電感器（綠色增益曲線(xiàn)，橙色相位曲線(xiàn)），以及采用1.2μH電感器的頻率響應（紅色增益曲線(xiàn)，藍色相位曲線(xiàn)）。針對同樣兩款設計變化的負載瞬態(tài)響應 (b) 在使用1.2μH電感器的情況下穩定性較低。使用最初560μH電感器的輸出電壓為綠色跡線(xiàn)；采用1.2μH電感器時(shí)的輸出電壓為紅色跡線(xiàn)；12A至1.2A至12A負載階躍為藍色跡線(xiàn)。
提升穩壓器穩定性
那么，我們如何提升相位裕量和穩定性呢？我們有幾個(gè)可能的方法：

• 單獨地更改補償網(wǎng)絡(luò )或其它主要組件，并測試結果；
• 使用WEBENCH Compensation Designer，以特定的相位裕量為目標；
• 使用WEBENCH Compensation Designer，直接改變頻率響應的極點(diǎn)/零點(diǎn)；
• 使用WEBENCH Compensation Designer，更改補償組件，并在將它們應用于設計之前測試結果。

WEBENCH Compensation Designer是一款WEBENCH Power Designer內的全新工具。它大為簡(jiǎn)化了穩壓器頻率響應的調節，快速測試可能變化的結果，以找到一款好的解決方案。
由于第一個(gè)方法太耗時(shí)，我們將不使用這種方法。我們查看一下其它三種方法的結果。
1）以特定的相位增益為目標。
在WEBENCH設計中，我們單擊Re-Comp按鈕來(lái)打開(kāi)Compensation Designer。在最開(kāi)始顯示的是最初的設計性能（圖4的左半部分），相位裕量為36.8°。建議的目標相位裕量為47°，目標交叉頻率為50kHz。這兩個(gè)值都是比較不錯的目標值。
我們將Optimization Tuning（優(yōu)化調諧）轉動(dòng)至“Robustness（穩健耐用）”，以強調頻率響應時(shí)的相位裕量。下一步單擊“Auto Compensate（自動(dòng)補償）”�，F在得到的相位裕量為47°，交叉頻率為49kHz（圖4的右半部分）。這就與我們的目標值相吻合了！然后，我們單擊“Apply Changes to Design（應用變更）�！睓z查波特圖和瞬態(tài)響應仿真，確認目前的穩定性是否良好（圖5）。

圖4. WEBENCH Compensation Designer能夠使用戶(hù)檢查現在的補償和穩定性，并且將補償設計調整到新的目標值上。在使用圖1中的設計，以及更大的1.2μH電感器時(shí)，缺省目標值和范圍 (a) 旁邊顯示的綠色字體是頻率響應匯總，以及補償組件。此時(shí)將Optimization Tuning向“Robustness”移動(dòng)，單擊“Apply changes to design.”按鈕。(b) 中的綠色字體顯示的是已更新的頻率響應匯總，以及補償組件值。

圖5. (a) 是根據圖1，使用1.2μH電感器時(shí)的電路頻率響應，采用最初補償值（綠色增益曲線(xiàn)、橙色相位曲線(xiàn)），以及改進(jìn)補償值（紅色增益曲線(xiàn)、藍色增益曲線(xiàn)）時(shí)的情況。針對同樣兩個(gè)設計變化的負載瞬態(tài)響應，(b) 顯示的是使用全新補償值時(shí)的更佳穩定性。使用最初補償值時(shí)的輸出電壓為綠色跡線(xiàn)；使用更新補償值時(shí)的輸出電壓為紅色跡線(xiàn)；12A至1.2A至12A的負載階躍為藍色跡線(xiàn)。

2）改變頻率響應極點(diǎn)與零點(diǎn)。
選項2是一項更加具有挑戰性的技術(shù)，并且需要用到某些控制原理專(zhuān)業(yè)知識。打開(kāi)Compensation Designer，我們選擇Manual（手動(dòng)）標簽頁(yè)（不是Auto標簽頁(yè)），并單擊“Edit Poles/zeros（編輯極點(diǎn)/零點(diǎn)）”按鈕。圖6中顯示的是頻率響應中極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率值。
通過(guò)將零點(diǎn)頻率更改為更加靠近電感器和輸出電容器所生成的雙極點(diǎn) (1/2*sqrt(L*Cout))，我們可以改進(jìn)相位裕量。在這個(gè)情況下，雙極點(diǎn)的頻率大約為8kHz。如果我們將零點(diǎn)1的目標頻率設定為4kHz（8kHz的一半），而將零點(diǎn)2的目標頻率設定為8kHz，得到的相位裕量為49°，而此時(shí)的交叉頻率大約為59kHz。這兩個(gè)值大大地好于之前的37°和20kHz的相位裕量和交叉頻率值（圖7）。

圖6. (a) 中，在使用1.2μH電感器時(shí)的示例設計中，計算得出的極點(diǎn)與零點(diǎn)用綠色字體顯示。(b) 中，將零點(diǎn)1的目標值改為4kHz，零點(diǎn)2的目標值改為8kHz之后，計算得出的極點(diǎn)和零點(diǎn)。

圖7. 更改零點(diǎn)1和零點(diǎn)2的目標頻率之前（灰線(xiàn)，標記A）和之后（綠線(xiàn)，標記B）繪制的波特圖。
在零點(diǎn)已經(jīng)被更改后，我們會(huì )發(fā)現相位裕量值被大大改進(jìn)，從37°增加為49°。交叉頻率也從35kHz增加到60kHz。還有其它能夠在較高交叉頻率下實(shí)現良好相位裕量的技術(shù)，比如說(shuō)那些自動(dòng)重新補償所使用的技術(shù)，不過(guò)這些技術(shù)不在這篇文章的討論范圍之內！
3）更改補償組件。
外部補償組件決定了我們在選項2中討論過(guò)的極點(diǎn)和零點(diǎn)。在我們的示例使用LM21215A-1器件時(shí)（圖8），數據表中給出了與它們之間關(guān)系有關(guān)的方程式和信息（方程式1）。

圖8.顯示補償組件Rc1、Rc2、Cc1、Cc2和Cc3的LM21215A-1設計電路原理圖部分。
如果某些值與我們庫存中的器件值不匹配的話(huà)，我們也許想單獨調整補償組件�；蛘�，我們也許想試著(zhù)改進(jìn)頻率響應。
以第一個(gè)情況為例，在運轉示例中使用我們最初使用的570nH電感器，我們可以看到Rc2的電阻值為806Ω。如果電阻值差最接近1%的庫存電阻器為750Ω，那么相位裕量從45°減少到大約44°，并且交叉頻率叢33kHz減少到30kHz（圖9）。我們需要決定這個(gè)更改是否影響過(guò)大，會(huì )不會(huì )有問(wèn)題。

圖9. 補償組件的起始值顯示在左上角的方框中，得出的頻率響應值顯示在設計運行值方框的下方 (a)。Rc2的電阻值從806變?yōu)?50后的結果顯示在右下角的設計運行值方框內 (b)。需要注意的是，Cc3自動(dòng)改變?yōu)?nF，部分抵消了Rc2的變化結果。
另外一個(gè)管理補償組件值的方法是返回到Compensation Designer的“Auto”標簽頁(yè)。這是一個(gè)設置組件值范圍的地方。我們可以調節任一組件的范圍（圖10）。

圖10. WEBENCH Compensation Designer使得用戶(hù)能夠限制補償組件所使用的值的范圍。

結論
當需要檢查、調整或優(yōu)化電源設計的補償時(shí)，WEBENCH Compensation Designer等工具為你提供你所需要的或多或少的自動(dòng)化指南。