電源環(huán)路穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法

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一、環(huán)路穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)

衡量開關(guān)電源穩(wěn)定性的指標(biāo)是相位裕度和增益裕度。同時(shí)穿越頻率，也應(yīng)作為一個(gè)參考指標(biāo)。

(1) 相位裕度是指：增益降到0dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的相位。

(2) 增益裕度是指：相位為0deg時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益大小(實(shí)際是衰減)。

(3) 穿越頻率是指：增益為0dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率值。

相位裕度，增益裕度，穿越頻率，如圖（波特圖）所示。

相位容限即相位裕度，增益容限即增益裕度。

二、開關(guān)電源控制環(huán)路穩(wěn)定性驗(yàn)證

開關(guān)電源環(huán)路的頻響特性，如果電源的負(fù)載特性在某一頻率下增益等于1(0dB)且相移量為180°時(shí)，那么電源控制環(huán)路將因出現(xiàn)同相正反饋(此相移量加原設(shè)定180°相移，總相移量為360°)，因而有足夠能量返回系統(tǒng)，并在此頻率下維持振蕩。為避免電源系統(tǒng)出現(xiàn)類似破壞性的不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常情況下，環(huán)路控制電路都會(huì)采用反饋補(bǔ)償組件來降低高頻端的增益，使得開關(guān)電源在預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)都保持穩(wěn)定。

環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試接線圖如圖2所示，將信號(hào)電阻（Inserted Resistor ）接入電源的環(huán)路控制電路中，注入一特定幅度和頻率范圍的掃頻干擾信號(hào)(OUT)，當(dāng)干擾信號(hào)達(dá)到一定的幅度時(shí)，環(huán)路系統(tǒng)便對(duì)干擾信號(hào)有所響應(yīng)，然后使用頻率響應(yīng)分析儀對(duì)電源環(huán)路輸出端(CH2)和電源環(huán)路干擾信號(hào)注入端(CH1)同時(shí)進(jìn)行比值跟蹤測(cè)量，則可以得出頻率與增益和相位的關(guān)系曲線圖——波特曲線圖（Bode Plot Graph)，如圖1所示。

在實(shí)際測(cè)試過程中應(yīng)注意的環(huán)節(jié)是注入電阻的位置，以及阻值大小。為了減小測(cè)量誤差，實(shí)測(cè)一般選取10～100Ω的電阻；干擾信號(hào)的大小一般要求其幅度不能超過輸出電壓的5%，否則測(cè)出來的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試接線圖

三、環(huán)路穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)

工程中一般認(rèn)為在室溫和標(biāo)準(zhǔn)輸入、正常負(fù)載條件下，環(huán)路的相位裕量要求大于45°，以確保系統(tǒng)在各種誤差和參數(shù)變化情況下的穩(wěn)定性。當(dāng)負(fù)載特性、輸入電壓變化較大時(shí)，需考慮在所有負(fù)載狀況下以及輸入電壓范圍內(nèi)的環(huán)路相位裕量應(yīng)大于30°。

穿越頻率，又稱為頻帶寬度，頻帶寬度的大小可以反映控制環(huán)路響應(yīng)的快慢。一般認(rèn)為帶寬越寬，其對(duì)負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)的抑制能力就越好，過沖、欠沖越小，恢復(fù)時(shí)間也就越快，系統(tǒng)從而可以更穩(wěn)定。但是由于受到右半平面零點(diǎn)的影響，以及原材料、運(yùn)放的帶寬不可能無窮大等綜合因素的限制，電源的帶寬也不能無限制提高，一般取開關(guān)頻率的1/20～1/6。

綜合以上，一般可從以下三個(gè)原則判定電源環(huán)路穩(wěn)定性:

(1)、在室溫和標(biāo)準(zhǔn)輸入、正常負(fù)載條件下，閉環(huán)回路增益為0dB(無增益)的情況下,相位裕度是應(yīng)大于45 度；如果輸入電壓、負(fù)載、溫度變化范圍非常大, 相位裕度不應(yīng)小于30度。

(2)、同步檢查在相位接近于0deg時(shí),閉環(huán)回路增益裕度應(yīng)大于7dB，為了不接近不穩(wěn)定點(diǎn)，一般認(rèn)為增益裕度12dB以上是必要的。

(3)、同時(shí)依據(jù)測(cè)試的波特圖對(duì)電源特性進(jìn)行分析，穿越頻率按20dB/Dec閉合，頻帶寬度一般為開關(guān)頻率的1/20～1/6。

如果有環(huán)路分析儀，就好說了，低溫條件下，典型輸入典型輸出，測(cè)開環(huán)Bode圖，按照上述評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷就可以了。

問題是：中小企業(yè)往往沒有足夠的測(cè)試條件。在沒有測(cè)試波特圖的條件情況下，我們?nèi)绾畏治龊团袛喹h(huán)路穩(wěn)定性呢？

若沒有環(huán)路分析儀，就通過輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)進(jìn)行判斷，測(cè)試條件：規(guī)格書標(biāo)定的最低溫度運(yùn)行（如-25℃），額定輸入電壓，輸出不要額外掛電容，負(fù)載進(jìn)行半載---滿載---半載切換（一般電流變化率可按照工業(yè)電源的標(biāo)準(zhǔn)0.1A/us的變化率設(shè)定），若此時(shí)輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)能做到這個(gè)樣子，基本就能判定環(huán)路很穩(wěn)了：

Phase點(diǎn)的jitter

對(duì)于典型的PWM開關(guān)電源，如果phase點(diǎn)jitter太大，通常系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定（就是之前提到的相位裕量不足，在動(dòng)態(tài)負(fù)載情況下，時(shí)域的表現(xiàn)），對(duì)于200~500K的PWM開關(guān)電源，典型的jitter值應(yīng)該在1ns以下。

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