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 信号来判断电路工作是不是正常，异常状况下 SW 波形会呈现大小波现象。 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。 在 PCB 设计方面，从对 SW 影响最大的输出电压采样走线和 FB 走线展开分析。 MPQ4572 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。 测试该芯片，设置开关频率为 400kHz，当 Vin=18V，Vout=12V，带载 1A 时，SW 出现了大小波，为周期性不规则波形，变化周期为 200kHz，刚好是开关频率的一半，这种现象可能是由次谐波振荡引起的。 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。 为了抑制这种振荡，通常会在控制回路中注入斜坡补偿信号。但 MPQ4572 芯片的内部已经设计有斜坡补偿机制，为什么还是会出现次谐波振荡的问题呢？ 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纹波与 ESR 的纹波组成，电容纹波相较电感电流纹波有 90 度的延迟，当输出纹波主要由输出电容决定时，电路相位滞后，FB 信号非线性，会导致次谐波振荡，SW 出现大小波。 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 Rslope 引入电感纹波，Cslope 提高相位，整体相位提升，可以抑制次谐波。 Ramp 的相位与电感纹波电流相位一致，部分芯片的 Ramp 能够最终靠 PMBUS 配置，Ramp 越大，系统越稳定，Ramp 越小，动态响应越快，实际应用中需要平衡稳态性能和动态性能。 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，我们大家可以通过选用 ESR 较大的电容、增加外部 RC 补偿或内部配置 RAMP 来处理问题。
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