三個原則判定電源環(huán)路穩(wěn)定性

1 環(huán)路穩(wěn)定性評價指標

衡量開關電源穩(wěn)定性的指標是相位裕度和增益裕度。同時穿越頻率，也應作為一個參考指標。

(1) 相位裕度是指：增益降到0dB時所對應的相位。

(2) 增益裕度是指：相位為0deg時所對應的增益大小(實際是衰減)。

(3) 穿越頻率是指：增益為0dB時所對應的頻率值。

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。

2 開關電源控制環(huán)路穩(wěn)定性驗證

開關電源環(huán)路的頻響特性，如果電源的負載特性在某一頻率下增益等于1(0dB)且相移量為180°時，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)路控制電路都會采用反饋補償組件來降低高頻端的增益，使得開關電源在預設頻率范圍內都保持穩(wěn)定。

環(huán)路穩(wěn)定性測試接線圖如圖2所示，將信號電阻(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(OUT)，當干擾信號達到一定的幅度時，環(huán)路系統(tǒng)便對干擾信號有所響應，然后使用頻率響應分析儀對電源環(huán)路輸出端(CH2)和電源環(huán)路干擾信號注入端(CH1)同時進行比值跟蹤測量，則可以得出頻率與增益和相位的關系曲線圖——波特曲線圖(Bode Plot Graph)，如圖1所示。

在實際測試過程中應注意的環(huán)節(jié)是注入電阻的位置，以及阻值大小。為了減小測量誤差，實測一般選取10～100Ω的電阻;干擾信號的大小一般要求其幅度不能超過輸出電壓的5%，否則測出來的結果是不準確的。

環(huán)路穩(wěn)定性測試接線圖

3 環(huán)路穩(wěn)定性評價指標

工程中一般認為在室溫和標準輸入、正常負載條件下，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。當負載特性、輸入電壓變化較大時，需考慮在所有負載狀況下以及輸入電壓范圍內的環(huán)路相位裕量應大于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)路響應的快慢。一般認為帶寬越寬，其對負載動態(tài)響應的抑制能力就越好，過沖、欠沖越小，恢復時間也就越快，系統(tǒng)從而可以更穩(wěn)定。但是由于受到右半平面零點的影響，以及原材料、運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，一般取開關頻率的1/20～1/6。

綜合以上，一般可從以下三個原則判定電源環(huán)路穩(wěn)定性:

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

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

(3)、同時依據(jù)測試的波特圖對電源特性進行分析，穿越頻率按20dB/Dec閉合，頻帶寬度一般為開關頻率的1/20～1/6。