3个原则判定电源环路稳定性@@

1. 环路稳定性评价指标@@

衡量开关电源稳定性的指标是相位裕度@@@@和增益裕度@@@@@@。同时@@穿越频率@@@@,也应作为一个参考指标@@。

(1) 相位裕度@@@@是指@@:增益降到@@0dB时@@所对应的相位@@。

(2) 增益裕度@@@@是指@@:相位为@@0deg时@@所对应的增益大小@@(实际是衰减@@)。

(3) 穿越频率@@是指@@:增益为@@0dB时@@所对应的频率值@@。

相位裕度@@@@,增益裕度@@@@,穿越频率@@,如图@@(波特图@@)所示@@。

相位裕度@@@@,增益裕度@@@@,穿越频率@@

相位容限即相位裕度@@@@@@,增益容限即增益裕度@@@@@@。

2. 开关电源控制环路稳定性验证@@

开关电源环路的频响特性@@,如果电源的负载@@特性在某一频率下增益等于@@1(0dB)且相移@@量为@@180°时@@,那么电源控制环路将因出现同相正反馈@@(此相移@@量加原设定@@180°相移@@,总相移@@量为@@360°),因而有足够能量返回系统@@,并在此频率下维持振荡@@。为避免电源系统出现类似破坏性的不稳定现象@@,通常情况下@@,环路控制电路都会采用反馈补偿组件来降低高频端的增益@@,使得开关电源在预设频率范围内都保持稳定@@。

环路稳定性测试接线图@@如图@@@@2所示@@,将信号电阻@@(Inserted Resistor )接入电源的环路控制电路中@@,注入一特定幅度@@和频率范围的扫频干扰信号@@(OUT),当干扰信号达到一定的幅度@@时@@@@,环路系统便对干扰信号有所响应@@,然后使用频率响应分析仪对电源环路输出端@@(CH2)和电源环路干扰信号注入端@@(CH1)同时@@进行比值跟踪测量@@,则可以得出频率与增益和相位的关系曲线图@@——波特曲线图@@(Bode Plot Graph),如图@@1所示@@。

在实际测试过程中应注意的环节是注入电阻的位置@@,以及阻值大小@@。为了减小测量误差@@,实测一般选取@@10~100Ω的电阻@@;干扰信号的大小一般要求其幅度@@不能超过输出电压的@@5%,否则测出来的结果是不准确的@@。

环路稳定性测试接线图@@

环路稳定性测试接线图@@

3. 环路稳定性评价指标@@

环路稳定性评价指标@@

工程中一般认为在室温和标准输入@@@@、正常负载@@条件下@@,环路的相位裕量要求大于@@45°,以确保系统在各种误差和参数变化情况下的稳定性@@。当负载@@特性@@、输入电压变化较大时@@@@,需考虑在所有负载@@状况下以及输入电压范围内的环路相位裕量应大于@@30°。

穿越频率@@,又称为频带宽度@@@@,频带宽度@@的大小可以反映控制环路响应的快慢@@。一般认为带宽越宽@@,其对负载@@动态响应的抑制能力就越好@@,过冲@@、欠冲越小@@,恢复时@@间也就越快@@,系统从而可以更稳定@@。但是由于受到右半平面零点的影响@@,以及原材料@@、运放的带宽不可能无穷大等综合因素的限制@@,电源的带宽也不能无限制提高@@@@,一般取开关频率的@@1/20~1/6。

综合以上@@,一般可从以下三个原则判定电源环路稳定性@@@@:

(1)、在室温和标准输入@@、正常负载@@条件下@@,闭环回路增益为@@@@0dB(无增益@@)的情况下@@,相位裕度@@@@是应大于@@45 度@@;如果输入电压@@、负载@@、温度@@变化范围非常大@@, 相位裕度@@@@不应小于@@30度@@。

(2)、同步检查在相位接近于@@0deg时@@,闭环回路增益裕度@@@@应大于@@7dB,为了不接近不稳定点@@,一般认为增益裕度@@@@@@12dB以上是必要的@@。

(3)、同时@@依据测试的波特图@@对电源特性进行分析@@,穿越频率@@按@@20dB/Dec闭合@@,频带宽度@@一般为开关频率的@@1/20~1/6。