隨(sui)著(zhe)電子，自(zi)控，航天(tian)，通(tong)訊，醫療(liao)器械等技(ji)術不(bu)斷(duan)向深度(du)和廣(guang)度(du)的(de)發(fa)展(zhan)，勢(shi)必(bi)要(yao)求(qiu)為期(qi)供(gong)電的(de)電源要(yao)有更(geng)高(gao)的(de)穩定(ding)性(xing)，即(ji)不(bu)僅(jin)要(yao)有好(hao)的(de)線(xian)性(xing)調(tiao)節(jie)率(lv)、負(fu)載(zai)調(tiao)節(jie)率(lv)還要(yao)有快(kuai)速(su)的(de)動(dong)態負(fu)載(zai)響(xiang)應(ying)。而這些(xie)因(yin)素都(dou)和控制環(huan)路(lu)有關(guan)，控制環(huan)路(lu)壹般(ban)工作(zuo)在(zai)負(fu)載(zai)狀(zhuang)態，稱之為電壓(ya)負(fu)反(fan)饋。如果變換(huan)器(qi)中沒(mei)有(you)用(yong)到(dao)反(fan)饋控制環(huan)路(lu)（圖1中H部(bu)分），其(qi)傳(chuan)遞函數(shu)壹般(ban)為C/R=G，其(qi)中(zhong)G為輸(shu)入(ru)濾(lv)波，功率(lv)變換(huan)、整(zheng)流(liu)濾(lv)波部(bu)分等因(yin)數的(de)乘(cheng)積(ji)（其(qi)為級(ji)聯(lian)的(de)形(xing)式(shi)，所(suo)以本文中(zhong)以總乘積(ji)因(yin)子G來表(biao)示），可以看出輸(shu)出隨輸(shu)入(ru)的(de)變化(hua)而成線(xian)性(xing)的(de)變化(hua)，但是(shi)由(you)於(yu)整(zheng)流(liu)、濾(lv)波網絡在(zai)整個(ge)時(shi)域的(de)非(fei)線(xian)性(xing)，實(shi)際(ji)上(shang)這(zhe)種變化(hua)應該是(shi)近(jin)似於線(xian)性(xing)，所(suo)以當輸(shu)入(ru)電源改(gai)變的(de)時(shi)候並(bing)不能(neng)很好(hao)的(de)氣(qi)到(dao)穩壓(ya)的(de)作(zuo)用(yong)。如果反(fan)饋環(huan)路(lu)設(she)計的(de)不(bu)好(hao)，對應負(fu)載(zai)的(de)瞬(shun)態改變，環路(lu)就不能做(zuo)出及時(shi)恰當(dang)的(de)調(tiao)整(zheng)，那麽(me)輸(shu)出電源瞬(shun)間會(hui)偏(pian)高或(huo)者(zhe)偏(pian)低(di)，甚至(zhi)有(you)可能會造(zao)成電源系統的(de)振蕩，對(dui)下(xia)壹級構成損(sun)壞。此時(shi)若能夠(gou)對(dui)環路(lu)測量就顯得很重(zhong)要(yao)了。那麽(me)環路(lu)部(bu)分有是怎麽(me)影響(xiang)整個(ge)回路(lu)的(de)呢？

參(can)考(kao)DELTA公司(si)AC-DC系列產品，下圖表(biao)示的(de)反(fan)饋環(huan)路(lu)控制部(bu)分中的(de)運放的(de)環(huan)增(zeng)益模(mo)型，其(qi)傳(chuan)遞函數(shu)為C/R=G/(1+GH)，其(qi)中(zhong)G：開環增(zeng)益。H：反(fan)饋系數。GH：環增(zeng)益（可(ke)以通(tong)過圖1推(tui)導(dao)）

壹、環增(zeng)益穩定(ding)的(de)標(biao)準(zhun)

由(you)傳(chuan)遞函數(shu)C/R=G/(1+GH)，放大(da)器(qi)的(de)開(kai)環(huan)增(zeng)益G是(shi)頻率(lv)的(de)函(han)數(shu)，會(hui)隨(sui)著(zhe)頻率(lv)的(de)增(zeng)加而減(jian)小，同(tong)時(shi)也和放大(da)器(qi)的(de)相位(wei)有(you)關(guan)，當GH=-1,則(ze)其(qi)傳(chuan)遞的(de)值(zhi)為∞，即(ji)增(zeng)益是(shi)無(wu)窮大(da)的(de)，可(ke)以認為任(ren)意(yi)小的(de)輸(shu)入(ru)擾動(dong)都(dou)能引起(qi)輸(shu)出的(de)無(wu)窮大(da)，如果這(zhe)種(zhong)輸(shu)出無(wu)窮大(da)的(de)信(xin)號(hao)在(zai)反(fan)饋到(dao)功率(lv)變換(huan)環(huan)節，勢(shi)必會(hui)造(zao)成zui後輸(shu)出的(de)振蕩，整(zheng)個(ge)系統因(yin)而不在(zai)穩壓(ya)。所(suo)以說(shuo)可(ke)以通(tong)過分析GH的(de)增(zeng)益和相位(wei)來判(pan)斷(duan)系統的(de)穩定(ding)性(xing)。

又(you)因(yin)為當(dang)GH=-1時(shi)是振蕩的(de)，所(suo)以有相移∠GH是(shi)180°（因(yin)為負(fu)反(fan)饋本身(shen)就有180°的(de)相移），回路(lu)增(zeng)益|GH|=1（0dB）.所(suo)以要(yao)使(shi)運放穩定(ding)需要(yao)滿足(zu)以下條件(jian)：

1. 相位(wei)條(tiao)件(jian)就是要(yao)其(qi)相移小於180°，即(ji)要(yao)有45°以上的(de)余(yu)量(liang)，增(zeng)益條(tiao)件(jian)壹般(ban)要(yao)求(qiu)有-12dB以上余(yu)量(liang)。

2. 穿(chuan)越頻(pin)率(lv)按20dB/Dec閉(bi)合。相關(guan)解釋(shi)下文介紹(shao)。

二(er)、Bode圖基(ji)礎

我(wo)們(men)可(ke)以通(tong)過環增(zeng)益GH的(de)頻(pin)率(lv)特性(xing)來判(pan)斷(duan)系統的(de)穩定(ding)性(xing)，而回路(lu)增(zeng)益|GH|以及回路(lu)相位(wei)差∠GH的(de)頻(pin)率(lv)特性(xing)可(ke)以用(yong)Bode圖（圖2）來表(biao)示，並且系統的(de)穩定(ding)性(xing)可(ke)以通(tong)過Bode圖中的(de)相位(wei)余(yu)量(liang)（Phase margin），增(zeng)益余(yu)量(liang)（gain margin），穿(chuan)越頻(pin)率(lv)（crossover frequency）來衡量(liang)。其(qi)中(zhong)

相位(wei)余(yu)量(liang)（Phase margin）是指：增(zeng)益降到(dao)0dB時(shi)所(suo)對應(ying)的(de)相位(wei)，以度（deg）為單位(wei)表(biao)示（圖2）。

增(zeng)益余(yu)量(liang)（gain margin）是指：相位(wei)為0時(shi)所(suo)對應(ying)的(de)增(zeng)益大(da)小，以分貝(bei)（dB）為單位(wei)來表(biao)示（圖2）。

穿(chuan)越頻(pin)率(lv)（crossover frequency）是(shi)指：增(zeng)益曲線(xian)穿(chuan)越0dB時(shi)的(de)頻(pin)率(lv)點(dian)（圖2）。

相位(wei)余(yu)量(liang)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)確(que)保(bao)在(zai)壹定(ding)條件(jian)下(xia)（包(bao)括(kuo)元(yuan)器件(jian)的(de)誤(wu)差、輸(shu)入(ru)電壓(ya)變化(hua)、負(fu)載(zai)變化(hua)、溫升等）系統都(dou)能夠(gou)穩定(ding)，使(shi)用(yong)在(zai)標(biao)稱輸(shu)入(ru)額定(ding)負(fu)載(zai)室(shi)溫下，要(yao)有45度(du)的(de)余(yu)量(liang)。如果輸(shu)入(ru)電源、負(fu)載(zai)、溫度變化(hua)範圍(wei)非(fei)常大(da)，相位(wei)余(yu)量(liang)不應(ying)小於30度。增(zeng)益余(yu)量(liang)為了(le)不(bu)接近(jin)不穩定(ding)點，壹般(ban)認為-12dB以上是必要(yao)。

穿(chuan)越頻(pin)率(lv)頻(pin)帶(dai)寬(kuan)度的(de)大(da)小可以反(fan)映控制環(huan)路(lu)響應的(de)快(kuai)慢(man)。壹般(ban)認為寬(kuan)度越寬(kuan)，其(qi)對(dui)負(fu)載(zai)動(dong)態響應(ying)的(de)抑(yi)制能(neng)力就越好(hao)，過沖(chong)，欠沖(chong)越小，恢復時(shi)間越(yue)就越快(kuai)，系統從(cong)而可以更(geng)穩定(ding)。但是(shi)由(you)於(yu)受(shou)到右(you)半(ban)平(ping)面(mian)零點的(de)影(ying)響(xiang)，以及原(yuan)材(cai)料(liao)、運放的(de)帶(dai)寬(kuan)不能無(wu)窮大(da)等綜合因(yin)素的(de)限(xian)制，電源的(de)帶(dai)寬(kuan)也不能無(wu)限制的(de)提(ti)高(gao)，壹般(ban)取開(kai)關(guan)頻率(lv)的(de)1/20~1/6。

三(san)、環(huan)路(lu)的(de)測試

對(dui)環(huan)路(lu)的(de)增(zeng)益和相位(wei)的(de)測量，我(wo)們(men)通(tong)常可以利用(yong)環(huan)路(lu)分析儀(yi)（FRA）或(huo)增(zeng)益-相位(wei)分析儀(yi)進(jin)行(xing)測量。這些儀(yi)器(qi)是(shi)通(tong)過對采(cai)樣(yang)獲得的(de)模(mo)擬(ni)信(xin)號進(jin)行(xing)預處(chu)理(li)，然(ran)後通(tong)過A/D轉換(huan)，在(zai)利用(yong)DFT（離(li)散傅(fu)裏(li)葉變換(huan)）運算(suan)求(qiu)得增(zeng)益和相位(wei)，zui後用(yong)曲線(xian)（Bode plot）表(biao)示出來。

    本文將(jiang)以OMICRONI-LAB公司(si)的(de)環(huan)路(lu)分析儀(yi)（Bode100）來做(zuo)分析，主要(yao)按照(zhao)下(xia)邊(bian)的(de)連(lian)接(jie)圖來進(jin)行(xing)，特別(bie)需要(yao)註意的(de)是(shi)註入(ru)電阻(zu)的(de)位(wei)置，以及大(da)小，為了(le)減(jian)小測量誤(wu)差，實(shi)驗壹般(ban)選(xuan)取10~100Ω的(de)電阻(zu)，有(you)關(guan)擾動(dong)信號(hao)的(de)大(da)小我(wo)們(men)可(ke)以在(zai)測試的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)通(tong)過示波器讀(du)出，也可以利用(yong)FRA的(de)振幅(fu)壓(ya)縮(suo)（Amplitude compression）功能(neng)來設(she)置，不過要(yao)求(qiu)擾動(dong)的(de)幅(fu)度(du)不(bu)能(neng)超(chao)過電壓(ya)的(de)5%，否(fou)則(ze)測出來的(de)結(jie)果是(shi)不(bu)準(zhun)確(que)的(de)。

四(si)、開(kai)關(guan)電源穩定(ding)性(xing)測試案例：

在(zai)了解影響(xiang)產品穩定(ding)性(xing)的(de)因(yin)素和判(pan)定(ding)準則(ze)以及怎樣來檢測產品後，就可以對所(suo)測的(de)產品結(jie)果進(jin)行(xing)分析了。下(xia)面(mian)就以DELAT公司(si)寬(kuan)壓(ya)系列的(de)壹款產品來做(zuo)實(shi)驗，實(shi)際(ji)接(jie)地部(bu)分見(jian)（圖3），測試結(jie)果見(jian)（圖4）。增(zeng)益（可(ke)通(tong)過圖1推(tui)導(dao)）。

在(zai)這案例中(zhong)，從(cong)上(shang)圖可以看出其(qi)增(zeng)益余(yu)量(liang)是-9.499dB，相位(wei)余(yu)量(liang)是83deg，帶(dai)寬(kuan)是20.49KHz，但是(shi)83deg的(de)相位(wei)余(yu)量(liang)其(qi)動(dong)態是欠阻(zu)尼(ni)的(de)，其(qi)實(shi)可(ke)以通(tong)過對誤(wu)差放大(da)器(qi)補(bu)償(chang)網絡在(zai)稍低(di)的(de)頻(pin)率(lv)下(xia)滑(hua)落(luo)（roll off）來實(shi)現(xian)。在(zai)保(bao)證相位(wei)余(yu)量(liang)的(de)前提(ti)下(xia)，在(zai)0dB以下增(zeng)益可(ke)以按-40dB/decade衰(shuai)減(jian)，從(cong)而更(geng)有(you)利於(yu)抑(yi)制高(gao)頻幹擾，其(qi)達(da)到*響應。

0dB交(jiao)點對(dui)應(ying)的(de)頻(pin)率(lv)為20.49KHz，若需要(yao)更(geng)高(gao)的(de)帶(dai)寬(kuan)，可以使(shi)用(yong)更(geng)小輸(shu)出濾(lv)波電容(rong)便可(ke)以產生較小的(de)紋(wen)波電壓(ya)，這(zhe)樣(yang)也(ye)可以減(jian)少(shao)原(yuan)材(cai)料(liao)的(de)使(shi)用(yong)和模(mo)塊(kuai)電源的(de)體(ti)積(ji)，從(cong)而使(shi)模(mo)塊(kuai)電源變得更(geng)節(jie)能(neng)。考(kao)慮到(dao)非常保(bao)守(shou)的(de)增(zeng)益和相位(wei)余(yu)量(liang)，當然(ran)也(ye)可(ke)以對誤(wu)差放大(da)器(qi)的(de)補(bu)償(chang)環節(jie)進(jin)行(xing)壹些小的(de)改(gai)動(dong)，合(he)理(li)的(de)提(ti)升(sheng)帶(dai)寬(kuan)，使(shi)系統達到更(geng)快(kuai)的(de)響(xiang)應(ying)，提(ti)高(gao)穩定(ding)性(xing)。

另外，在(zai)測試過程(cheng)中(zhong)，開(kai)關(guan)電源的(de)環(huan)路(lu)增(zeng)益和相位(wei)通(tong)常建議(yi)在(zai)空載(zai)，半(ban)載(zai)和滿載(zai)的(de)情(qing)況下(xia)分別(bie)測試。至(zhi)於(yu)激(ji)勵信(xin)號(hao)的(de)功率(lv)高(gao)低(di)的(de)選(xuan)擇(ze)，壹般(ban)情(qing)況下(xia)需(xu)要(yao)在(zai)測量頻率(lv)比(bi)較低(di)時(shi)要(yao)把(ba)註入(ru)的(de)交(jiao)流(liu)激(ji)勵信(xin)號(hao)的(de)功率(lv)設(she)得高壹些，例(li)如-20dBm或(huo)-30dBm。環(huan)路(lu)測試過程(cheng)中(zhong)電容(rong)ESR測試也是非(fei)常重(zhong)要(yao)的(de)，而OMICRON-LAB公司(si)的(de)環(huan)路(lu)分析儀(yi)Bode100高(gao)達(da)40MHz頻率(lv)，極(ji)大(da)方(fang)便(bian)了(le)被(bei)動(dong)器件(jian)頻(pin)率(lv)特性(xing)測量。

五(wu)、總(zong)結(jie)：

從(cong)反(fan)饋環(huan)路(lu)增(zeng)益相位(wei)的(de)角(jiao)度(du)講(jiang)述(shu)了(le)如何(he)測量開關(guan)電源穩定(ding)性(xing)，給(gei)出(chu)穩定(ding)性(xing)的(de)標(biao)準(zhun)，Bode圖的(de)認識，FRA的(de)使(shi)用(yong)包(bao)括(kuo)鏈接示(shi)意(yi)圖、環路(lu)特性(xing)的(de)測量，以及實(shi)驗結(jie)果的(de)簡(jian)單分析，zui後提出(chu)改(gai)善(shan)的(de)建議(yi)。當然(ran)系統的(de)穩定(ding)性(xing)也(ye)可(ke)以由時(shi)域方(fang)式(shi)來做(zuo)定(ding)性(xing)的(de)分析，但是(shi)通(tong)過環路(lu)分析儀(yi)卻(que)可(ke)以在(zai)頻率(lv)域上定(ding)量的(de)求(qiu)出，從(cong)而對系統的(de)性(xing)能(neng)做(zuo)出更(geng)直(zhi)觀的(de)判(pan)斷(duan)。尤其(qi)在(zai)業(ye)界(jie)激(ji)烈競(jing)爭(zheng)及客戶交(jiao)期(qi)非(fei)常短的(de)情(qing)況下(xia)對(dui)電源進(jin)行(xing)頻域文檔行(xing)分析就顯得極為重(zhong)要(yao)。在(zai)測量開關(guan)電源負(fu)反(fan)饋環(huan)路(lu)頻率(lv)響(xiang)應(ying)，建議(yi)使(shi)用(yong)的(de)環(huan)路(lu)分析儀(yi)或(huo)矢(shi)量(liang)網絡分析儀(yi)，如Bode100，E5016B。