FAE博士：
我出于好意做了一個(gè)調(diào)整，將電壓模式控制DC-DC電源中的輸出濾波電容換成了零等效串聯(lián)電阻(zero-ESR)。調(diào)整后，電源在負(fù)載快速變化時(shí)卻變得不穩(wěn)定，把我老板氣壞了。是不是任何調(diào)整都得付出代價(jià)？- 心急人
心急人：
這個(gè)問(wèn)題其實(shí)很簡(jiǎn)單……有一點(diǎn)讓我常常覺(jué)得奇怪，就是人們總愛(ài)把事情變得復(fù)雜化。如果你設(shè)計(jì)的是反饋回路，那么負(fù)反饋就是你忠實(shí)的朋友，對(duì)穩(wěn)定性有好處；而正反饋則會(huì)把你的放大器變成一個(gè)震蕩器。反饋回路使用的是反相放大器，相移為180度。但還有一些其它的因素會(huì)影響這個(gè)180度相移，如果影響過(guò)大，就會(huì)超過(guò)你的裕度，可能將友好的負(fù)反饋?zhàn)兂晌ｋU(xiǎn)的正反饋。
除提到你的電源為電壓模式控制外，你沒(méi)給我任何有關(guān)電路的細(xì)節(jié)，但這不妨礙我回答你的問(wèn)題。一個(gè)人智商很高(順帶一提，是181)有這個(gè)好處：對(duì)這類(lèi)電路細(xì)節(jié)，即使你沒(méi)有說(shuō)清楚，我也幾乎了如指掌。你使用了一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器，其輸出有一個(gè)類(lèi)似下圖所示的LC電路：
圖1：SPICE仿真
假設(shè)電容的ESR為零，該LC就是一個(gè)低通濾波器，其-3db拐點(diǎn)頻率為：
這是一個(gè)雙極電路，因此其拐點(diǎn)頻率以上的頻響曲線(xiàn)斜率為-40dB/decade(12分貝/倍頻程)。圖1的SPICE仿真結(jié)果可看到這一點(diǎn)。請(qǐng)注意拐點(diǎn)頻率附近的輸出特征諧振“峰”(圖中實(shí)線(xiàn))和0到180度快速相位變化(圖中虛線(xiàn))。由于相位變化很快，回路很難穩(wěn)定。該頻率附近的任何信號(hào)都會(huì)很快變成正反饋信號(hào)。怎么了得！
作為經(jīng)驗(yàn)之談，當(dāng)電路(指單極電路)處于最大相位滯后為90度的零增益時(shí)，頻響曲線(xiàn)斜率最好為-20dB/decade (6分貝/倍頻程)。那就要有辦法將-40dB/decade變?yōu)?20dB/decade而不需增加任何成本。我們可用一個(gè)寄生元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的頻響…即借助電容的ESR來(lái)實(shí)現(xiàn)零增益時(shí)所希望的頻響。
電阻RESR和電容CAP構(gòu)成的RC電路的拐點(diǎn)頻率為：
在該拐點(diǎn)頻率以上，頻響曲線(xiàn)的斜率從-40dB/decade變成 -20db/decade….這正是零增益時(shí)我們想要的結(jié)果。就讓我們來(lái)看看，在我們感興趣的頻率范圍內(nèi)增加一個(gè)適當(dāng)?shù)拇?lián)ESR(100毫歐)，頻響會(huì)怎樣?
圖2：增加電容ESR
注意：現(xiàn)在的相位是按90度變化，而不是180度。
ESR最好小點(diǎn)，畢竟ESR上的損耗意味著能量浪費(fèi)。因此，人們都喜歡ESR為零的電容(包括陶瓷電容)。不過(guò)，我們還必須考慮電源回路的設(shè)計(jì)。通常，這相當(dāng)于在單零點(diǎn)(Type-2)補(bǔ)償電路上添加一個(gè)電容來(lái)構(gòu)成一個(gè)雙零點(diǎn)(Type-3)電路。如果有機(jī)會(huì)的話(huà)，我很樂(lè)意在以后再詳細(xì)討論這種雙零點(diǎn)補(bǔ)償電路。另一個(gè)簡(jiǎn)化反饋電路的方法是使用電流模式控制(這種模式允許我們將輸出等效成一個(gè)電流源，并將濾波電感從反饋回路去除。不過(guò)，這不是我們今天要談?wù)摰脑?huà)題)。
我很樂(lè)意解決你所有的問(wèn)題，甚至包括那些與技術(shù)無(wú)關(guān)的問(wèn)題。
所以我現(xiàn)在就回答你最后的問(wèn)題：是否任何調(diào)整都得付出代價(jià)？的確如此。這可是個(gè)令人無(wú)奈的事實(shí)啊。
參考資料：
Abe Pressman’s Switching Power Supply Design (Second Edition) McGraw-Hill
Optimum Feedback Amplifier Design for Control Systems, Timothy E. Biesecker (http://www.venable.biz/tp-03.pdf)