中心議題：

• 開關電源穩定性指標
• 開關電源穩定性分析
• 開關電源穩定性測試

解決方案：

• 采用適合的環路補償
• 采用反饋補償元器件減少更高頻率下的增益

眾所周知

，任何閉環係統在增益為單位增益l
，且內部隨頻率變化的相移為360°shi
，gaibihuankongzhixitongdouhuicunzaibuwendingdekenengxing。yincijihusuoyoudekaiguandianyuandouyouyigebihuanfankuikongzhixitong，congernenghuodejiaohaodexingneng。zaifufankuixitongzhong，kongzhifangdaqidelianjiefangshiyouyidiyinrule180°相移
，如果反饋的相位保持在180°yinei
，namekongzhihuanlujiangzongshiwendingde。dangran
，zaixianshizhongzhezhongqingkuangshibuhuicunzaide
，youyugezhonggeyangdekaiguanyanshihediankangyinruleewaidexiangyi
，ruguobucaiyongshihedehuanlubuchang，zheleixiangyitongyanghuidaozhikaiguandianyuandebuwending。

1 穩定性指標

衡量開關電源穩定性的指標是相位裕度和增益裕度。相位裕度是指：增益降到0dB時所對應的相位。增益裕度是指：相位為零時所對應的增益大小(實際是衰減)。在實際設計開關電源時，隻在設計反激變換器時才考慮增益裕度
，設計其它變換器時
，一般不使用增益裕度。

在開關電源設計中
，相位裕度有兩個相互獨立作用：一是可以阻尼變換器在負載階躍變化時出現的動態過程;另一個作用是當元器件參數發生變化時
，仍然可以保證係統穩定。相位裕度隻能用來保證“小信號穩定”。在負載階躍變化時
，電源不可避免要進入“大信號穩定”範圍。工程中我們認為在室溫和標準輸入
、正常負載條件下，環路的相位裕度要求大於45°。zaigezhongcanshubianhuahewuchaqingkuangxia

，zhegexiangweiyuduzuyiquebaoxitongwending。ruguofuzaibianhuahuozheshurudianyafanweibianhuafeichangda，kaolvzaisuoyoufuzaiheshurudianyaxiahuanluhexiangweiyuduyingdayu30°。

如圖l所示為開關電源控製方框示意圖，開關電源控製環路由以下3部分構成。

(1)功率變換器部分，主要包含方波驅動功率開關、主功率變壓器和輸出濾波器;

(2)脈衝寬度調節部分，主要包含PWM脈寬比較器
、圖騰柱功率放大;

(3)采樣、控製比較放大部分，主要包含輸出電壓采樣、比較、放大(如TL431)、誤差放大傳輸(如光電耦合器)和PWM集成電路內部集成的電壓比較器(這些放大器的補償設計最大程度的決定著開關電源係統穩定性，是設計的重點和難點)。
 

圖1 開關電源控製環路示意圖

2 穩定性分析

如圖1所示
，假如在節點A處chu引yin入ru幹gan擾rao波bo。此ci方fang波bo所suo包bao含han的de能neng量liang分fen配pei成cheng無wu限xian列lie奇qi次ci諧xie波bo分fen量liang。如ru果guo檢jian測ce到dao真zhen實shi係xi統tong對dui不bu斷duan增zeng大da的de諧xie波bo有you響xiang應ying，則ze可ke以yi看kan出chu增zeng益yi和he相xiang移yi也ye隨sui著zhe頻pin率lv的de增zeng加jia而er改gai變bian。如ru果guo在zai某mou一yi頻pin率lv下xia增zeng益yi等deng於yul且總的額外相移為180°(此相移加上原先設定的180°相移，總相移量為360°)，那麼將會有足夠的能量返回到係統的輸入端，且相位與原相位相同，那麼幹擾將維持下去，係統在此頻率下振蕩。如圖2所示
，通常情況下，控製放大器都會采用反饋補償元器件Z2減少更高頻率下的增益，使得開關電源在所有頻率下都保持穩定。
 

圖2 開關電源的伯特圖（相位裕度、增益裕度）

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波特圖對應於小信號(理論上的小信號是無限小的)擾動時係統的響應;但是如果擾動很大
，係統的響應可能不是由反饋的線性部分決定的，而可能是由非線性部分決定的
，如運放的壓擺率、增益帶寬或者電路中可能達到的最小、zuidazhankongbideng。dangzhexieyinsuyingxiangxitongxiangyingshi，yuanlaidexitongjiuhuibiaoxianweifeixianxing，erqiechuandihanshudefangfajiubunengjixushiyongle。yinci，suiranxiaoxinhaowendingshibixumanzude，danhaibuzuyibaozhengdianyuandewendinggongzuo。yinci，zaishejidianyuanhuanlubuchangshi
，budanyaokaolvxinhaodianyuanxitongdexiangyingtexing，haiyaochulihaodianyuanxitongdedaxinhaoxiangyingtexing。dianyuanxitongduidaxinhaoxiangyingtexingdeyouliekeyitongguofuzaiyuebianxiangyingtexingheshurudianyayuebianxiangyingtexinglaipanduan，fuzaiyuebianxiangyingtexingheshurudianyayuebianxiangyingtexingcunzaihenqiangdeliandaiguanxi，fuzaiyuebianxiangyingtexinghao，zeshurudianyayuebianxiangyingtexingyidinghao。

duikaiguandianyuanhuanluwendingxingpanjudelilunfenxishihenfuzade，zheshiyinweichuandihanshusuizhefuzaitiaojiandegaibianergaibian。gezhongbutongxianraogonglvyuanqijiandeyouxiaodianganzhitongchanghuisuizhefuzaidianliuergaibian。ciwai，zaikaolvdaxinhaoshuntaideqingkuangxia
，kongzhidianlugongzuofangshizhuanbianweifeixianxinggongzuofangshi，cishijinyongxianxingfenxijiangwufadedaowanzhengdezhuangtaimiaoshu。xiamianxiangxijieshaotongguoduifuzaiyuebianshuntaixiangyingboxingfenxilaipanduankaiguandianyuanhuanluwendingxing。

3 穩定性測試

測試條件：

(1)無感電阻;

(2)負載變化幅度為10%~100%;

(3)負載開關頻率可調(在獲得同樣理想響應波形的條件下
，開關頻率越高越好);

(4)限定負載開關電流變化率為5A/μs或者2A/μs
，沒有聲明負載電流大小和變化率的瞬態響應曲線圖形無任何意義。

圖3(a)為瞬變負載波形。

圖3(b)為(wei)阻(zu)尼(ni)響(xiang)應(ying)
，控(kong)製(zhi)環(huan)在(zai)瞬(shun)變(bian)邊(bian)緣(yuan)之(zhi)後(hou)帶(dai)有(you)振(zhen)蕩(dang)。說(shuo)明(ming)擁(yong)有(you)這(zhe)種(zhong)響(xiang)應(ying)電(dian)源(yuan)的(de)增(zeng)益(yi)裕(yu)度(du)和(he)相(xiang)位(wei)裕(yu)度(du)都(dou)很(hen)小(xiao)，且(qie)隻(zhi)能(neng)在(zai)某(mou)些(xie)特(te)定(ding)條(tiao)件(jian)下(xia)才(cai)能(neng)穩(wen)定(ding)。因(yin)此(ci)

，要(yao)盡(jin)量(liang)避(bi)免(mian)這(zhe)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)響(xiang)應(ying)

，補(bu)償(chang)網(wang)絡(luo)也(ye)應(ying)該(gai)調(tiao)整(zheng)在(zai)稍(shao)低(di)的(de)頻(pin)率(lv)下(xia)滑(hua)離(li)。

圖3(c)為過阻尼響應，雖然比較穩定，但是瞬態恢複性能並非最好。滑離頻率應該增大。

圖3(d)為理想響應波形，接近最優情況

，在絕大多數應用中


，瞬態響應穩定且性能優良，增益裕度和相位裕度充足。
 

圖3 開關電源瞬態負載條件下的幾種類型

duiyuzhengxianghefuxiangjianfeng，duichengdeboxingshitongyangxuyaode
，yincicongtakeyikanchukongzhibufenhedianyuanbufenzaikongzhineiyouzhongxinxian，qiezaifuzaidezengdahejianshaodeqingkuangxiatamendebaidongsulvshixiangtongde。

上shang麵mian介jie紹shao了le開kai關guan電dian源yuan控kong製zhi環huan路lu的de兩liang個ge穩wen定ding性xing判pan據ju，就jiu是shi通tong過guo波bo特te圖tu判pan定ding小xiao信xin號hao下xia開kai關guan電dian源yuan控kong製zhi環huan路lu的de相xiang位wei裕yu度du和he通tong過guo負fu載zai躍yue變bian瞬shun態tai響xiang應ying波bo形xing判pan定ding大da信xin號hao下xia開kai關guan電dian源yuan控kong製zhi環huan路lu的de穩wen定ding性xing。