详解电感极性对BUCK变换器反馈环的影响

电子系统的主控制板通常需要一些降压Buck变换器给CPU、存储器等芯片供电，降压Buck变换器的输出电感工作在单端方式，从电流模式的工作特点，电感的极性对于系统反馈环路和系统的稳定性应该没有影响，这也是许多电源研发工程师的普通认识，但是在一些应用条件下，当输出电压低占空比小的时候，系统的稳定性却受到电感极性的影响。

1、问题的提出

测试的电路为电流模式的降压Buck变换器压，输入电压Vin=12V，输出Vo=1.1V，电流Io=3A。测试条件：C1=22uF，C2=32uF，R1=3.9K，R2=10.2K，R3=10K，Rc=20K，Cc=5.6nF，Cff=1nF，L=3.6uH，fs=500KHz，如图1所示。

图1：测试电路

电感表面其中的一个管脚标识有一个圆点，它的含义是线圈绕组的起始点和极性，见图2所示。先将这个圆点对应的管脚连接到输出Vo，测试相关的电压波形和相位裕量。然后将电感转180度，将这个圆点对应的管脚连接到U1的LX管脚，测试相关的电压波形和相位裕量。

电感起始点连接Vo的测试结果分别如图2(a)和图1 (b)所示，电感起始点连接LX的测试结果分别如图1 (c)和图1 (d)所示。

‍(a)：电感起始点连接Vo的波形

(b)：电感起始点连接Vo的环路测试

(c)：电感起始点连接LX的波形

(d)：电感起始点连接LX的环路测试

图2：测试波形

当电感起始点连接Vo时，LX的波形出现大小波，系统产生明显的振荡，网络分析仪测量不到正确的结果。当电感起始点连接LX时，LX的波形工作正常，网络分析仪测量为：带宽44.55KHz，相位裕量33.82度。

图3：电感的极性

‍‍2、分析讨论

为了分析输出电压是否也受到电感极性的影响，测试时将输出电压1.1V提高到3.3V。当输出电压为3.3V时，电感的极性对于系统的稳定性没有影响，这表明：只有在输出电压较低、占空比小的时候，电感的极性对于系统的稳定性才有影响。

对于电流模式的工作的电源芯片，在一些特定的条件下，可以从正常工作的电流模式转到电压模式。当占空小、输出轻载或无负载时以及使用非常大的电感时，由于检测到的电流信号非常小或最小导通时间的限制，系统会从电流模式进入电压模式。

因此从上面的分析，当电流模式的电源芯片将12V转为1.1V时，占空比低于10%，极有可能工作在电流模式和电压模式的临界状态。由于电感的极性影响空间磁场的方向，那么这个磁场在系统的反馈环路中就有可能产生耦合的电流或电压信号，从而影响系统工作状态。

如果它在系统的反馈环产生更强的正向电流检测信号，那么系统就会一直工作在起始的电流模式；如果它在系统的反馈环产生反向的电流检测信号，就会进一步的减弱电流检测信号，系统更趋向于从电流模式转向电压模式。

系统通常基于电流模式的特性设计反馈环，当系统在二种模式间切换来回工作时，系统就可能产生不稳定性的问题。