開(kāi)關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)

1、開(kāi)關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的潛在風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)關(guān)電源的潛在風(fēng)險(xiǎn) 開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性會(huì)受到輸入電源，輸出負(fù)載，和溫度的影響。其他會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種因素如：元件在長(zhǎng)期工作后公差變大，不當(dāng)?shù)妮斎霝V波器，輸出負(fù)載電容，開(kāi)關(guān)的雜訊也會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 對(duì)于開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，最尷尬的莫過(guò)于在線(xiàn)路設(shè)計(jì)完成，投入生產(chǎn)并把貨交到客戶(hù)手上之后，發(fā)現(xiàn)他設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源，是不穩(wěn)定的。造成必須回收大量已經(jīng)商品化的產(chǎn)品（例如復(fù)印機(jī)）。 如果用幾小時(shí)去做反饋回路波德圖分析。提早作分析可以避免潛在的將產(chǎn)品從市場(chǎng)上回收和設(shè)計(jì)變更的危險(xiǎn)。落實(shí)電落實(shí)電源源穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析 研發(fā)，設(shè)計(jì)，和品保工程師必須測(cè)定閉回路增益

2、裕量度和相位裕量度，以掌握開(kāi)關(guān)電源(SMPS)、不間斷電源（UPS）等產(chǎn)品其的控制回路的穩(wěn)定度。 反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)影響到很多參數(shù)，如調(diào)整率，穩(wěn)定度，及瞬態(tài)響應(yīng)等。開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定性驗(yàn)證,必須包含輸出電壓電流在不同的負(fù)載件下仍能符合兩項(xiàng)原則的要求。反饋回路穩(wěn)定性分析方法反饋回路穩(wěn)定性分析方法時(shí)域分析：l跳載（階躍，load switching），瞬時(shí)加減載觀察暫態(tài)響應(yīng)l注入方波，注入方波信號(hào)觀察輸出波形試誤（trial-and-error）頻域分析：l仿真（Spice），以計(jì)算機(jī)模擬出波特圖觀察增益相位余量1.頻響分析（FRA）,是以?huà)哳l信號(hào)方式真實(shí)量測(cè)環(huán)路中的增益相位余量及波特圖分析波特圖波特圖 開(kāi)

3、關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)因?yàn)樗脑鲆骖l響曲線(xiàn)只發(fā)生一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分析上比較不是那么困難，以波德圖方法是對(duì)環(huán)路增益和相位余裕計(jì)算和顯示的既簡(jiǎn)單又有效的分析方法。 總的來(lái)說(shuō)，增益響應(yīng)曲線(xiàn)在穿過(guò)0dB時(shí)應(yīng)以20dB/Decade的斜率下降。在低頻段由高增益或是藉由曲線(xiàn)斜率20dB/Decade會(huì)讓系統(tǒng)有比較好的負(fù)載調(diào)整率和線(xiàn)調(diào)整率。 大多數(shù)情況下工程師以檢查反饋系統(tǒng)在閉回路增益為0dB（無(wú)增益）的情況下相位裕量(Phase Margin)是否大于45度。另外在相位接近于零度時(shí)閉回路增益裕量(Gain Margin)是否大于-20dB。如果核實(shí)符合此二條件，則此反饋回路會(huì)得到穩(wěn)定的響應(yīng)。閉環(huán)路頻響分析法閉環(huán)路頻響

4、分析法 的相位裕量80時(shí)系統(tǒng)上升時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能差。 如果在轉(zhuǎn)折頻點(diǎn)Fc之后，雖然增益不為零但相位裕量不足，在穩(wěn)定負(fù)載時(shí)不會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是在大的跳載時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的震蕩或是阻尼不足。 讓系統(tǒng)穩(wěn)定的捷徑是把環(huán)路增益降低。但是這樣會(huì)導(dǎo)致很糟糕的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 相位裕量在轉(zhuǎn)折頻點(diǎn)Fc和頻點(diǎn)以下的頻段都應(yīng)保持大于45。 大的帶寬代表更快的瞬態(tài)響應(yīng)，大的相位余度代表瞬變過(guò)程的過(guò)沖更小。仿真仿真SPICE與實(shí)際與實(shí)際ACTUAL 穩(wěn)定度仿真是透過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)增益裕量和相位裕量，在實(shí)際對(duì)一個(gè)UPS的局部開(kāi)關(guān)電源，輸出DC40V的電池充電回路，做仿真與實(shí)測(cè)比較后，結(jié)果如下：仿真：相位裕量度65 增益裕量-15dB實(shí)際：

5、相位裕量度88 增益裕量-33dB預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)波德圖比較預(yù)計(jì)與實(shí)測(cè)波德圖比較CAP SPEC ESR 7.5CAP REAL ESR 0.3CAP SPEC ESR 45。針對(duì)控制到輸出增益發(fā)生零點(diǎn)的頻率附近，在補(bǔ)償網(wǎng)路內(nèi)加入極點(diǎn)，以使增益曲線(xiàn)保持所希望的斜率。如果因?yàn)樵谘a(bǔ)償網(wǎng)路加了零點(diǎn)而造成低頻增益過(guò)低而無(wú)法得到好的直流調(diào)整率， 則在低頻處加入一對(duì)零點(diǎn)與極點(diǎn)，以增強(qiáng)增益。閉環(huán)評(píng)量的范例閉環(huán)評(píng)量的范例閉環(huán)評(píng)量的測(cè)試條件閉環(huán)評(píng)量的測(cè)試條件源最低電壓源正常電壓源最高電壓滿(mǎn)載半載空載滿(mǎn)載半載空載滿(mǎn)載半載空載常溫 123456789高溫101112131415161718低溫19202122232425

6、2627注：表格內(nèi)1、2、是指相對(duì)編號(hào)的波特圖量測(cè)增益裕量和相位裕量量測(cè)增益裕量和相位裕量 實(shí)際量測(cè)以注入一干擾信號(hào)(error signal)到反饋回路的輸入，再以?xún)蓚€(gè)量測(cè)通道作頻響分析 (Frequency Response Analyzer) 增益裕量和相位裕量。 PSM2200/1700 采用 DFT (Discrete Fourier Transform) 技術(shù)將雜訊所遮蓋微小并的注入訊號(hào)分離出來(lái)進(jìn)行分析。 藉由顯示增益和相位，波德圖（bode plot graph）或是各頻點(diǎn)的增益和相位列表。PSM2200/1700 直接提供工程師開(kāi)關(guān)電源閉回路增益裕量度和相位裕量度數(shù)據(jù)與圖表。

7、工程師在修改過(guò)補(bǔ)償電路之后再執(zhí)行掃頻觀察修改的效果。組建量測(cè)系統(tǒng)組建量測(cè)系統(tǒng)接線(xiàn)設(shè)置接線(xiàn)設(shè)置多組輸出的量測(cè)多組輸出的量測(cè) 兩組電源輸出時(shí)，整個(gè)電源回路增益特性= GAIN1 + GAIN2 - 2*GAIN2 1 - GAIN1*GAIN2。因需要具備同時(shí)量測(cè)四個(gè)通道得功能，并沒(méi)有人采用此技術(shù)。 測(cè)試多組輸出（多組控制回路）電源的做法通常是針對(duì)各個(gè)獨(dú)立的回路個(gè)別測(cè)試， 確認(rèn)每個(gè)獨(dú)立的各組回路的穩(wěn)定性。 以一個(gè)雙輸出（+ 5V及+12V）電源為例，在量測(cè)個(gè)別的回路時(shí)要將另一組回路中斷。如要測(cè)試+ 5V 回路，則將+12V 輸出的反饋檢出點(diǎn)斷開(kāi)，以另外一個(gè)+12V 電源代替。這樣，+12V回路就不

8、能構(gòu)成。 以同樣的方式與步驟走去測(cè)試+12V回路。若+ 5V及+12V兩回路都做過(guò)穩(wěn)定度的個(gè)別檢驗(yàn)而且都是穩(wěn)定的。那么，此電源的整體控制回路的穩(wěn)定度是符合要求的。PSM2200/1700波德圖波德圖100Hz10kHz1kHzGain 0dB489HzPhase 0 Phase Margin 65.13 Gain Margin -30dB100kHzOUTPUT=Set 300mV (Vpk, No Loaded), the inject signal is 11.9mV (after injection transformer)8kHzPSM2200/1700波德圖波德圖100Hz10kHz1kHzGain 0dB318HzPhase 0 Phase Mar