【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
、負(fu)載(zai)調(tiao)節(jie)率(lv)還(hai)要(yao)有(you)快(kuai)速(su)的(de)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)響(xiang)應(ying)。而(er)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)都(dou)和(he)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)有(you)關(guan)，控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)一(yi)般(ban)工(gong)作(zuo)在(zai)負(fu)載(zai)狀(zhuang)態(tai)
，稱(cheng)之(zhi)為(wei)電(dian)壓(ya)負(fu)反(fan)饋(kui)。如(ru)果(guo)變(bian)換(huan)器(qi)中(zhong)沒(mei)有(you)用(yong)到(dao)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)（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、lvbowangluozaizhenggeshiyudefeixianxing，shijishangzhezhongbianhuayinggaishijinsiyuxianxing
，suoyidangshurudianyuangaibiandeshihoubingbunenghenhaodeqidaowenyadezuoyong。ruguofankuihuanlushejidebuhao，duiyingfuzaideshuntaigaibian
，huanlujiubunengzuochujishiqiadangdetiaozheng，nameshuchudianyuanshunjianhuipiangaohuozhepiandi，shenzhiyoukenenghuizaochengdianyuanxitongdezhendang，duixiagouchengsunhuai。cishiruonenggouduihuanluceliangjiuxiandehenzhongyaole。namehuanlubufenyoushizenmeyingxiangzhenggehuiludene
？

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∞，jizengyishiwuqiongdade，keyirenweirenyixiaodeshururaodongdounengyinqishuchudewuqiongda
，ruguozhezhongshuchuwuqiongdadexinhaozaifankuidaogonglvbianhuanhuanjie，shibihuizaochengshuchudezhendang，zhenggexitongyinerbuzaiwenya。suoyishuokeyitongguofenxiGH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。

chuanyuepinlvpindaikuandudedaxiaokeyifanyingkongzhihuanluxiangyingdekuaiman。yibanrenweikuanduyuekuan
，qiduifuzaidongtaixiangyingdeyizhinenglijiuyuehao
，guochong，qianchongyuexiao，huifushijianyuejiuyuekuai，xitongcongerkeyigengwending。danshiyouyushoudaoyoubanpingmianlingdiandeyingxiang，yijiyuancailiao

、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。

lingwai，zaiceshiguochengzhong，kaiguandianyuandehuanluzengyihexiangweitongchangjianyizaikongzai
，banzaihemanzaideqingkuangxiafenbieceshi。zhiyujilixinhaodegonglvgaodidexuanze，yibanqingkuangxiaxuyaozaiceliangpinlvbijiaodishiyaobazhurudejiaoliujilixinhaodegonglvshedegaoyixie，liru-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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