TAI-TECH Advanced Electronics Co., Ltd.

學習電路穩定補償的邏輯順序如下：
1.)「負迴授」、「正迴授」的差異
2.)頻率響應波德圖
3.)穩定的條件
4.)迴授控制模式類別
5.)「開迴路」、「閉迴路」轉換方程式與頻率響應圖
6.)補償電路類別
7.)補償電路設計順序
8.)電路驗證

下列以圖示的方法，介紹學習重點
「負迴授」、「正迴授」的差異
正迴授：振盪發散系統，例如Clock (時脈)。
負迴授：收斂穩定系統，例如DC/DC 迴授穩定輸出電壓，電路穩定補償期望操作在「負迴授」。

頻率響應波德圖

• 透過轉換函數找出零點(Zero)與極點(Pole)
• 零點與極點對於增益(Gain)及相位(Phase)的貢獻。例如Buck電壓控制模式(Voltage Control Mode)的輸出濾波器 (Output Filter)，其中輸出電感與電容會貢獻兩個極點(Double Pole)、輸出電容的ESR會貢獻一個零點。

零點極點比較圖

穩定的條件
       了解相位邊限(Phase Margin, P.M.)、增益邊限(Gain Margin, G.M.)、頻寬(Bandwidth, BW)的定義，及各項參數對於電路的影響，並規範不同電路下的穩定條件，例如較寬頻寬相對對於負載轉態反應速度較快。

迴授控制模式類別
       了解電「壓控制模式、峰值or平均電流控制模式、COT控制模式」的動作原理及優缺點，搭配「輸出電容串聯等效阻抗、補償模式」管理電路穩定、反應速度、成本關係。

        在Peak Current Mode 當Duty > 50%會造成不穩定，衍生另一個專有名詞斜率補償(Slop Compensation)。斜率補償的標的物是Duty，後續介紹Type 2 or 3的穩定補償(Compensation)的標的物為相位邊限、增益邊限、頻寬。

「開迴路」、「閉迴路」轉換方程式與頻率響應圖

• 閉迴路的動作模式及頻率響應
• 個別方塊開迴路的頻率響應

以下列舉Voltage Control Mode介紹迴授控制。



注意在電壓控制模式下，輸出電容與輸出電感會產生一個 Double Pole，使相位下降180°。另外選擇是當大的輸出電容等效串聯阻抗(ESR)，可以在低頻產生一個Zero及使相位上升90°。當ESR太小，則Zero產生在高頻，對於穩定幫助不大。
 
Type 2 Compensation
在低頻提供一個Zero，低頻Phase 上升90°，對於Phase Margin有幫忙。
在高頻提供一個Pole，高頻提供一個-20 dB斜率下降增益，可控制頻寬及抑制高頻雜訊增益。
 
Type 3 Compensation
在低頻提供兩個Zero，低頻Phase 上升180°，對於Phase Margin有幫忙。
在高頻提供兩個Pole，高頻提供兩個-20dB斜率下降增益 (部分設計在同一頻率點，則成為一個Double Pole)，可控制頻寬及抑制高頻雜訊增益。
 
補償電路設計順序
在進行補償電路之前，必須完成Buck其它的電路設計及選料。

• Buck IC決定了Control Mode
• V_IN & Buck IC (△V_OSC)決定了Modulation Gain
• L_OUT & C_OUT決定了Double Pole頻率點 (F_LC)
• 輸出電容ESR決定了輸出電容貢獻Zero頻率點 (F_ESR)

下列以Type 2介紹補償電路設計順序，零件位置可參考上面Type 2電路圖，詳細公式或者Type 3設計可參考Intersil tb417 compensation application notes
 Step1：選擇2KΩ≦R1≦5KΩ
Step2：透過 R2/R1 設計Type2 Open Loop Gain，進而影響整個Closed Loop 期望BW。
Step3：選擇C2讓Type 2 Zero頻率，設計在輸出濾波器Double Pole頻率 (F_ZERO = F_LC)
Step4：選擇C1讓Type 2 Pole頻率，設計在1/2 切換頻率 (F_POLE = 1/2 * F_SW)
 
綜合Control Mode & Output Filter & ESR & Compensation的應用彙整表如下：