【導讀】隨sui著zhe電dian子zi
，自zi控kong，航hang天tian，通tong訊xun，醫yi療liao器qi械xie等deng技ji術shu不bu斷duan向xiang深shen度du和he廣guang度du的de發fa展zhan，勢shi必bi要yao求qiu為wei期qi供gong電dian的de電dian源yuan要yao有you更geng高gao的de穩wen定ding性xing，即ji不bu僅jin要yao有you好hao的de線xian性xing調tiao節jie率lv、負載調節率還要有快速的動態負載響應。而這些因素都和控製環路有關，控製環路一般工作在負載狀態
，稱之為電壓負反饋。

隨sui著zhe電dian子zi，自zi控kong，航hang天tian，通tong訊xun，醫yi療liao器qi械xie等deng技ji術shu不bu斷duan向xiang深shen度du和he廣guang度du的de發fa展zhan
，勢shi必bi要yao求qiu為wei期qi供gong電dian的de電dian源yuan要yao有you更geng高gao的de穩wen定ding性xing，即ji不bu僅jin要yao有you好hao的de線xian性xing調tiao節jie率lv


、fuzaitiaojielvhaiyaoyoukuaisudedongtaifuzaixiangying。erzhexieyinsudouhekongzhihuanluyouguan
，kongzhihuanluyibangongzuozaifuzaizhuangtai，chengzhiweidianyafufankui。ruguobianhuanqizhongmeiyouyongdaofankuikongzhihuanlu（圖1中H部分），其傳遞函數一般為C/R=G，其中G為輸入濾波
，功率變換、整流濾波部分等因數的乘積（其為級聯的形式，所以本文中以總乘積因子G來表示），可以看出輸出隨輸入的變化而成線性的變化

，但是由於整流


、濾lv波bo網wang絡luo在zai整zheng個ge時shi域yu的de非fei線xian性xing，實shi際ji上shang這zhe種zhong變bian化hua應ying該gai是shi近jin似si於yu線xian性xing，所suo以yi當dang輸shu入ru電dian源yuan改gai變bian的de時shi候hou並bing不bu能neng很hen好hao的de氣qi到dao穩wen壓ya的de作zuo用yong。如ru果guo反fan饋kui環huan路lu設she計ji的de不bu好hao，對dui應ying負fu載zai的de瞬shun態tai改gai變bian，環huan路lu就jiu不bu能neng做zuo出chu及ji時shi恰qia當dang的de調tiao整zheng
，那na麼me輸shu出chu電dian源yuan瞬shun間jian會hui偏pian高gao或huo者zhe偏pian低di
，甚shen至zhi有you可ke能neng會hui造zao成cheng電dian源yuan係xi統tong的de振zhen蕩dang，對dui下xia構gou成cheng損sun壞huai。此ci時shi若ruo能neng夠gou對dui環huan路lu測ce量liang就jiu顯xian得de很hen重zhong要yao了le。那na麼me環huan路lu部bu分fen有you是shi怎zen麼me影ying響xiang整zheng個ge回hui路lu的de呢ne？

參考DELTA公司AC-DC係列產品，下圖表示的反饋環路控製部分中的運放的環增益模型，其傳遞函數為C/R=G/(1+GH)，其中G：開環增益。H：反饋係數。GH：環增益（可以通過圖1推導）

一
、環增益穩定的標準

由傳遞函數C/R=G/(1+GH)
，放大器的開環增益G是頻率的函數，會隨著頻率的增加而減小，同時也和放大器的相位有關，當GH=-1,則其傳遞的值為∞
，即ji增zeng益yi是shi無wu窮qiong大da的de

，可ke以yi認ren為wei任ren意yi小xiao的de輸shu入ru擾rao動dong都dou能neng引yin起qi輸shu出chu的de無wu窮qiong大da，如ru果guo這zhe種zhong輸shu出chu無wu窮qiong大da的de信xin號hao在zai反fan饋kui到dao功gong率lv變bian換huan環huan節jie，勢shi必bi會hui造zao成cheng輸shu出chu的de振zhen蕩dang，整zheng個ge係xi統tong因yin而er不bu在zai穩wen壓ya。所suo以yi說shuo可ke以yi通tong過guo分fen析xiGH的增益和相位來判斷係統的穩定性。

又因為當GH=-1時是振蕩的，所以有相移∠GH是180°（因為負反饋本身就有180°的相移），回路增益|GH|=1（0dB）.所以要使運放穩定需要滿足以下條件：

1. 相位條件就是要其相移小於180°，即要有45°以上的餘量，增益條件一般要求有-12dB以上餘量。

2. 穿越頻率按20dB/Dec閉合。相關解釋下文介紹。

二
、Bode圖基礎

我們可以通過環增益GH的頻率特性來判斷係統的穩定性
，而回路增益|GH|以及回路相位差∠GH的頻率特性可以用Bode圖（圖2）來表示，並且係統的穩定性可以通過Bode圖中的相位餘量（Phase margin），增益餘量（gain margin），穿越頻率（crossover frequency）來衡量。其中

相位餘量（Phase margin）是指：增益降到0dB時所對應的相位，以度（deg）為單位表示（圖2）。

增益餘量（gain margin）是指：相位為0時所對應的增益大小，以分貝（dB）為單位來表示（圖2）。

穿越頻率（crossover frequency）是指：增益曲線穿越0dB時的頻率點（圖2）。

相位餘量的作用是確保在一定條件下（包括元器件的誤差

、輸入電壓變化、負載變化、溫升等）係統都能夠穩定，使用在標稱輸入額定負載室溫下，要有45度的餘量。如果輸入電源、負載、溫度變化範圍非常大，相位餘量不應小於30度。增益餘量為了不接近不穩定點，一般認為-12dB以上是必要。

穿chuan越yue頻pin率lv頻pin帶dai寬kuan度du的de大da小xiao可ke以yi反fan映ying控kong製zhi環huan路lu響xiang應ying的de快kuai慢man。一yi般ban認ren為wei寬kuan度du越yue寬kuan

，其qi對dui負fu載zai動dong態tai響xiang應ying的de抑yi製zhi能neng力li就jiu越yue好hao，過guo衝chong，欠qian衝chong越yue小xiao

，恢hui複fu時shi間jian越yue就jiu越yue快kuai
，係xi統tong從cong而er可ke以yi更geng穩wen定ding。但dan是shi由you於yu受shou到dao右you半ban平ping麵mian零ling點dian的de影ying響xiang，以yi及ji原yuan材cai料liao、運放的帶寬不能無窮大等綜合因素的限製，電源的帶寬也不能無限製的提高，一般取開關頻率的1/20~1/6。

三、環路的測試

對環路的增益和相位的測量，我們通常可以利用環路分析儀（FRA）或增益-相位分析儀進行測量。這些儀器是通過對采樣獲得的模擬信號進行預處理，然後通過A/D轉換
，在利用DFT（離散傅裏葉變換）運算求得增益和相位，用曲線（Bode plot）表示出來。

本文將以OMICRONI-LAB公司的環路分析儀（Bode100 國測電子）來做分析，主要按照下邊的連接圖來進行
，特別需要注意的是注入電阻的位置
，以及大小，為了減小測量誤差，實驗一般選取10~100Ω的電阻，有關擾動信號的大小我們可以在測試的過程中通過示波器讀出，也可以利用FRA的振幅壓縮（Amplitude compression）功能來設置
，不過要求擾動的幅度不能超過電壓的5%，否則測出來的結果是不準確的。

四
、開關電源穩定性測試：

在了解影響產品穩定性的因素和判定準則以及怎樣來檢測產品後
，就可以對所測的產品結果進行分析了。下麵就以DELAT公司寬壓係列的一款產品來做實驗，實際接地部分見（圖3），測試結果見（圖4）。增益（可通過圖1推導）。

在這中，從上圖可以看出其增益餘量是-9.499dB，相位餘量是83deg
，帶寬是20.49KHz，但是83deg的相位餘量其動態是欠阻尼的
，其實可以通過對誤差放大器補償網絡在稍低的頻率下滑落（roll off）來實現。在保證相位餘量的前提下，在0dB以下增益可以按-40dB/decade衰減，從而更有利於抑製高頻幹擾
，其達到響應。

0dB交點對應的頻率為20.49KHz，ruoxuyaogenggaodedaikuan
，keyishiyonggengxiaoshuchulvbodianrongbiankeyichanshengjiaoxiaodewenbodianya
，zheyangyekeyijianshaoyuancailiaodeshiyonghemokuaidianyuandetiji
，congershimokuaidianyuanbiandegengjieneng。kaolvdaofeichangbaoshoudezengyihexiangweiyuliang
，dangranyekeyiduiwuchafangdaqidebuchanghuanjiejinxingyixiexiaodegaidong
，helidetishengdaikuan
，shixitongdadaogengkuaidexiangying，tigaowendingxing。

另ling外wai，在zai測ce試shi過guo程cheng中zhong，開kai關guan電dian源yuan的de環huan路lu增zeng益yi和he相xiang位wei通tong常chang建jian議yi在zai空kong載zai，半ban載zai和he滿man載zai的de情qing況kuang下xia分fen別bie測ce試shi。至zhi於yu激ji勵li信xin號hao的de功gong率lv高gao低di的de選xuan擇ze，一yi般ban情qing況kuang下xia需xu要yao在zai測ce量liang頻pin率lv比bi較jiao低di時shi要yao把ba注zhu入ru的de交jiao流liu激ji勵li信xin號hao的de功gong率lv設she得de高gao一yi些xie
，例li如ru-20dBm或-30dBm。環路測試過程中電容ESR測試也是非常重要的，而OMICRON-LAB公司的環路分析儀Bode100高達40MHz頻率
，極大方便了被動器件頻率特性測量。

五、總結

從反饋環路增益相位的角度講述了如何測量開關電源穩定性，給出穩定性的標準
，Bode圖的認識，FRA的使用包括鏈接示意圖、環(huan)路(lu)特(te)性(xing)的(de)測(ce)量(liang)，以(yi)及(ji)實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)的(de)簡(jian)單(dan)分(fen)析(xi)，提(ti)出(chu)改(gai)善(shan)的(de)建(jian)議(yi)。當(dang)然(ran)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)也(ye)可(ke)以(yi)由(you)時(shi)域(yu)方(fang)式(shi)來(lai)做(zuo)定(ding)性(xing)的(de)分(fen)析(xi)，但(dan)是(shi)通(tong)過(guo)環(huan)路(lu)分(fen)析(xi)儀(yi)卻(que)可(ke)以(yi)在(zai)頻(pin)率(lv)域(yu)上(shang)定(ding)量(liang)的(de)求(qiu)出(chu)，從(cong)而(er)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)做(zuo)出(chu)更(geng)直(zhi)觀(guan)的(de)判(pan)斷(duan)。尤(you)其(qi)在(zai)業(ye)界(jie)激(ji)烈(lie)競(jing)爭(zheng)及(ji)客(ke)戶(hu)交(jiao)期(qi)非(fei)常(chang)短(duan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)對(dui)電(dian)源(yuan)進(jin)行(xing)頻(pin)域(yu)文(wen)檔(dang)行(xing)分(fen)析(xi)就(jiu)顯(xian)得(de)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao)。在(zai)測(ce)量(liang)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)負(fu)反(fan)饋(kui)環(huan)路(lu)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)
，建(jian)議(yi)使(shi)用(yong)專(zhuan)用(yong)的(de)環(huan)路(lu)分(fen)析(xi)儀(yi)或(huo)矢(shi)量(liang)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)
，如(ru)Bode100，E5016B。

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