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发现 SW 大小波应该联想到什么?应排查什么?

  大家在测试电源电路时,有时会碰到输出电压异常、输出纹波过大等情况,此时通常会排查 SW

  SW 代表 BUCK 电路中的开关节点。在标准工作条件下,SW 点的波形表现为固定频率的方波。

  然而,在某些不正常的情况下,SW 波形会呈现大小波状态。通常伴随着输出电压不稳定、效率降低、芯片异常发热,以及噪声纹波增大等问题。

  因此,在开关电源设计中,常常要采取一定的措施来控制 SW 节点上的电压波动,以确保电源的稳定性和可靠性。

  本文将从原理图设计和PCB 设计两个方面,分析 SW 出现大小波的原因,并介绍对应的解决办法。

  是一款支持 4.5V 到 60V 的宽输入电压范围,持续输出电流 2A,采用峰值电流控制模式的降压芯片。

  测试当前的环路波形,根据 bode 图能够正常的看到在 200khz 时,增益曲线出现尖峰,相位曲线翻转,能判断是发生了次谐波振荡。当输入电压升高到 25V 以上时,SW 波形恢复正常。

  已知在峰值电流模式下,当占空比大于 50% 时,系统可能会变得不稳定,出现次谐波振荡,SW 呈现大小波。

  为了保证电路工作稳定,要让扰动量收敛。注入的斜坡斜率 m3 要大于 0.5 倍 m2 才能使该式收敛。如果 m3 小于 0.5 倍 m2,即使注入了斜坡信号,也没有办法解决次谐波振荡问题。

  芯片内部注入的斜坡信号斜率通常是未知的固定值,也就是说 m3 是固定的,那么我们大家可以通过增加电感感量减小 m2 来保证 m3>0.5 倍 m2 成立。当电感感量由 15uh 修改为 33uh 后,SW 波形恢复正常。

  测试此时的 bode 图,200khz 时的增益曲线尖峰消失,环路稳定。

  COT 是通过比较Vref 与 FB 管脚的电压来实现恒压控制,理想的 FB 电压与电感电流同相位。FB 采样的输出电压纹波信号由电容

  ESR 越大,总的电路相位延迟越小,纹波接近线性,可以有效抑制次谐波振荡。

  当为了效率及输出纹波幅度考虑,需要选择 ESR 比较小的电容时,我们可以选择注入斜坡补偿。通过外部的 RC 补偿给 FB 管脚注入斜坡信号,由Rs

  至关重要。在 COT 控制模式下,当输出纹波由 ESR 主导时,电路稳定;由电容纹波主导时,可能出现次谐波振荡。此时,我们能够最终靠选用 ESR 较大的电容、

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