開關電源IC中誤差放大器的自激振蕩及解決方法

摘要：開關電源控制IC內部的誤差放大器是一種運算放大器，盡管大多數(shù)都進行了相位補償，但由于外部元件等因素影響也會產生自激振蕩。以UC3875為例，分析了其內部誤差放大器的自激振蕩，并用外部補償網(wǎng)絡對其進行補償，使用一個零點對外部電路產生的極點進行抵消，從而抑制其自激振蕩。通過實驗驗證，此補償方法可以有效抑制誤差放大器的自激振蕩。
關鍵詞：開關電源；誤差放大器；自激振蕩；相位補償

目前隨著開關電源的廣泛應用，控制IC作為開關電源的心臟在其中扮演著重要角色。開關電源的控制IC一般都會包含一個誤差放大器，用來將輸出電壓的偏移等進行放大以控制主開關電路的動作，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。這個誤差放大器本身是一個運算放大器，在實際使用中會加入負反饋，而由于外部元件及PCB等因素的影響，誤差放大器有時會產生自激振蕩，使開關電源不能正常工作。筆者分析了誤差放大器加入負反饋時產生自激振蕩的原理，并以UC3875控制IC為例設計了外部補償電路，并進行了實驗驗證。

1 誤差放大器產生自激振蕩的原理
1．1 自激振蕩產生的原因
加入負反饋后誤差放大器的閉環(huán)增益G的表達式為：。其中A為開環(huán)增益，F(xiàn)為反饋系數(shù)，AF為環(huán)路增益。
由可知：當1+FA趨近于0時，|G|=∞。這說明即使無信號輸入也會有波形輸出，于是就產生了自激振蕩。
放大器的增益和相位偏移會隨頻率而變化。當頻率變高或變低時，輸出信號和反饋信號會產生附加相移。如果附加相移達到±180°，則此時反饋信號與輸入信號同相，負反饋就變成正反饋。反饋信號加強，當反饋信號大于凈輸入信號時，即使去掉輸入信號也有信號輸出，于是就產生了自激振蕩。

一個實際的運算放大器，內部存在著許多天然極點，他們造成的附加相移會使輸出的相位偏移超過-180°，當使用負反饋時會使放大器產生自激振蕩。因此運算放大器大多都有補償端口或為了使用方便直接在內部進行了補償，這些經(jīng)過內部補償?shù)倪\算放大器一般會補償?shù)皆谠鲆? dB以上只有一個極點，單獨使用時即使將其用作單位增益放大器也不會自激振蕩。
1．2 負反饋放大電路穩(wěn)定性的判定
判斷自激振蕩的方法首先是看其是否滿足相位條件，只有滿足相位條件才有可能產生自激振蕩。即如果當附加相移φ=±180°時，環(huán)路增益|FA|≥1，那么電路就會產生自激振蕩。相反，如果當φ=±180°時，環(huán)路增益|FA|1，那么電路就不會產生自激振蕩。

2 UC3875誤差放大電路
2．1 UC3875誤差放大電路結構
UC3875是TI公司生產的一款移相全橋軟開關控制器，廣泛應用于ZVS和ZCS拓撲結構的大功率開關電源當中。它內部包含一個誤差放大器，該誤差放大器輸出端的輸出電壓與斜坡發(fā)生器的輸出電壓進行比較從而產生移相信號。它的AB和CD兩組輸出可以分別設定死區(qū)時間，非常適合應用于全橋諧振開關電源。本文中所用UC3875的誤差放大器部分電路接法如圖1所示。

誤差放大器的正相輸入端接參考電壓．輸出端通過一個150 kΩ電阻反饋到反向輸入端，反相輸入端通過一個470 kΩ電阻與輸出電壓采樣電路相連。