PWM制御ステップアップ電源の開ループはどうやってみれば…？

質問

PWM制御の昇圧型電源を作ろうとしています。
誤差アンプの部分を始め、部分部分の設計は比較的容易に出来たのですが、出来上がった回路が高負荷でブロッキング発振を起こし、困っています。
恐らく各個々に閉じたループでは十分位相マージンが取れていても、全体ループで取れていないものと思われるので、全体ループでの位相マージンを見ようと思うのですが、スイッチングトランジスタの所をどう扱えばいいのか分からず、困っています。
どなたか識者の方、アドバイスをお願いいたします。

回答No.4

ir-led

オープンループですが，40dB弱は，負荷変動率1%あたりを狙っての設定でしょうか？
特に問題無いと思いますが，仕様的に許されるのなら，欲張らず30dB程度まで落としても良いかも知れません。

誤差アンプの帯域幅は20kHz程度と言うことですが，この数字だけでは何とも言えません。
　１．終段のスイッチング部分でどの程度ゲインを稼いでいるか？
　２．誤差アンプ出力→スイッチングトランジスタ→LCフィルターの経路でどれだけ位相が回るか（どれだけ遅延するか）？
により左右されるからです。が，ちょっと広げすぎの感じはします。

閉ループゲインが"1"以上ある帯域(20kHzより高くなる)で"２．"の遅れが180°あると
負帰還をかけているつもりが，正帰還をかけることになるので，発振してしまいます。
しかし遅れるものどうしようもないので，発振を止めるには，正帰還となる帯域での閉ループゲインを"1"より小さくする
つまり誤差アンプの高域ゲインを落とす必要があります。

例えば，100kHzの信号の位相を180°遅らせるには，わずか5マイクロ秒の遅延時間があれば充分なのです。
閉ループゲインと推定される遅延時間からすると，誤差アンプの帯域幅が20kHzというのは少し広いと思いませんか？

＞確認しました。
その線じゃ無かったですか。・・了解しました。
では，もう一つ確認してみて下さい。高負荷時に誤差アンプの出力はどの程度，振れていますか？
出力段のスイッチングトランジスタのON抵抗が大きいと，高負荷ではVceも大きくなりますよね。
この時，誤差アンプはドロップ分を補おうとして＋側に振れますが，電源電圧付近まで振れていませんか？
オペアンプなどは，電源電圧少し手前までの非飽和領域なら（位相補償が無いとして）スルーレートの速度で出力が変化しますが
なにかの弾みで，一度，電源電圧付近の飽和領域に入ってしまうと，そこからなかなか(数十ミリ秒オーダー)返ってこられないんです。
返ってこられないので，発振・・と言う理屈も考えられます。

これでも無いとすると・・考えつく手は，急速冷却スプレーで局所的に冷やしたり，指で個々の部品をピタピタと触っていくとか（←これ最強。）

お礼

本当に度重なる回答、ありがとうございます。

>１．終段のスイッチング部分でどの程度ゲインを稼いでいるか？

実はこいつが結構トリッキーでして、条件に応じて変動するように設定してあります。
具体的にはエラーアンプの帰還入力が0.5Vになるよう、出力を調整すると言う形になっています。
通常は倍率５倍強程度、14dBチョットでしょうか。

>２．誤差アンプ出力→スイッチングトランジスタ→LCフィルターの経路でどれだけ位相が回るか（どれだけ遅延するか）？

実はこれが分からないのです。
測定方法が全く思いつかず、悩んでいる諸悪の根源です。
搬送波（発振機）周波数以下であれば、なんとなく位相の遅れが見れる気がするのですが、それ以上（というか、どこからか良く分からないのですが）の周波数を見た場合、遅れと言うものが出力にどう出るのか、見当がつきません。
単純に搬送波の遅れでしたら、50nsec以下ですので、無視していいような値だと思います。

>高負荷時に誤差アンプの出力はどの程度，振れていますか？

ご指摘の通り、サットさせたくなかったので、上側にはクランパーが入っています。
電源4V弱に対して1.1V程度です。
下側にもクランパーをいれており、こいつは0.3Vです。
ですから、上下ともにサットすることはないはずです。

また何か思い当たる節がありましたら、何でも結構ですので、教えて下さい。
宜しくお願いします。