開關電源閉環(huán)系統(tǒng)

1、開關電源閉環(huán)系統(tǒng)開關電源閉環(huán)系統(tǒng)開關電源的潛在風險開關電源的潛在風險 開關電源的穩(wěn)定性會受到輸入電源，輸出負載，和溫度的影響。其他會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種因素如：元件在長期工作后公差變大，不當?shù)妮斎霝V波器，輸出負載電容，開關的雜訊也會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 對于開關電源設計工程師來說，最尷尬的莫過于在線路設計完成，投入生產并把貨交到客戶手上之后，發(fā)現(xiàn)他設計的開關電源，是不穩(wěn)定的。造成必須回收大量已經商品化的產品（例如復印機）。 如果用幾小時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品從市場上回收和設計變更的危險。落實電落實電源源穩(wěn)定性分析穩(wěn)定性分析 研發(fā)，設計，和品保工程師必須測定閉回路增益

2、裕量度和相位裕量度，以掌握開關電源(SMPS)、不間斷電源（UPS）等產品其的控制回路的穩(wěn)定度。 反饋系統(tǒng)的設計影響到很多參數(shù)，如調整率，穩(wěn)定度，及瞬態(tài)響應等。開關電源穩(wěn)定性驗證,必須包含輸出電壓電流在不同的負載件下仍能符合兩項原則的要求。反饋回路穩(wěn)定性分析方法反饋回路穩(wěn)定性分析方法時域分析：1.跳載（階躍，load switching），瞬時加減載觀察暫態(tài)響應2.注入方波，注入方波信號觀察輸出波形試誤（trial-and-error）頻域分析：1.仿真（Spice），以計算機模擬出波特圖觀察增益相位余量2.頻響分析（FRA）,是以掃頻信號方式真實量測環(huán)路中的增益相位余量及波特圖分析波特圖波特

3、圖 開關電源閉環(huán)系統(tǒng)因為它的增益頻響曲線只發(fā)生一個轉折點，分析上比較不是那么困難，以波德圖方法是對環(huán)路增益和相位余裕計算和顯示的既簡單又有效的分析方法。 總的來說，增益響應曲線在穿過0dB時應以20dB/Decade的斜率下降。在低頻段由高增益或是藉由曲線斜率20dB/Decade會讓系統(tǒng)有比較好的負載調整率和線調整率。 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閉回路增益裕量(Gain Margin)是否大于-20dB。如果核實符合此二條件，則此反饋回路會得到穩(wěn)定的響應。閉環(huán)路頻響分析法閉環(huán)

4、路頻響分析法 的相位裕量80時系統(tǒng)上升時間長，動態(tài)性能差。 如果在轉折頻點Fc之后，雖然增益不為零但相位裕量不足，在穩(wěn)定負載時不會發(fā)現(xiàn)問題，但是在大的跳載時會發(fā)現(xiàn)嚴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。但是這樣會導致很糟糕的動態(tài)響應。 相位裕量在轉折頻點Fc和頻點以下的頻段都應保持大于45。 大的帶寬代表更快的瞬態(tài)響應，大的相位余度代表瞬變過程的過沖更小。仿真仿真SPICE與實際與實際ACTUAL 穩(wěn)定度仿真是透過計算預測增益裕量和相位裕量，在實際對一個UPS的局部開關電源，輸出DC40V的電池充電回路，做仿真與實測比較后，結果如下：仿真：相位裕量度65 增益裕量-15dB

5、實際：相位裕量度88 增益裕量-33dB預計與實測波德圖比較預計與實測波德圖比較CAP SPEC ESR 7.5CAP REAL ESR 0.3CAP SPEC ESR 45。2. 針對控制到輸出增益發(fā)生零點的頻率附近，在補償網路內加入極點，以使增益曲線保持所希望的斜率。3. 如果因為在補償網路加了零點而造成低頻增益過低而無法得到好的直流調整率， 則在低頻處加入一對零點與極點，以增強增益。閉環(huán)評量的范例閉環(huán)評量的范例閉環(huán)評量的測試條件閉環(huán)評量的測試條件源最低電壓源正常電壓源最高電壓滿載半載空載滿載半載空載滿載半載空載常溫 123456789高溫101112131415161718低溫19202

6、1222324252627注：表格內1、2、是指相對編號的波特圖量測增益裕量和相位裕量量測增益裕量和相位裕量 實際量測以注入一干擾信號(error signal)到反饋回路的輸入，再以兩個量測通道作頻響分析 (Frequency Response Analyzer) 增益裕量和相位裕量。 PSM2200/1700 采用 DFT (Discrete Fourier Transform) 技術將雜訊所遮蓋微小并的注入訊號分離出來進行分析。 藉由顯示增益和相位，波德圖（bode plot graph）或是各頻點的增益和相位列表。PSM2200/1700 直接提供工程師開關電源閉回路增益裕量度和相位裕

7、量度數(shù)據(jù)與圖表。 工程師在修改過補償電路之后再執(zhí)行掃頻觀察修改的效果。組建量測系統(tǒng)組建量測系統(tǒng)接線設置接線設置多組輸出的量測多組輸出的量測 兩組電源輸出時，整個電源回路增益特性= GAIN1 + GAIN2 - 2*GAIN2 1 - GAIN1*GAIN2。因需要具備同時量測四個通道得功能，并沒有人采用此技術。 測試多組輸出（多組控制回路）電源的做法通常是針對各個獨立的回路個別測試， 確認每個獨立的各組回路的穩(wěn)定性。 以一個雙輸出（+ 5V及+12V）電源為例，在量測個別的回路時要將另一組回路中斷。如要測試+ 5V 回路，則將+12V 輸出的反饋檢出點斷開，以另外一個+12V 電源代替。這樣

8、，+12V回路就不能構成。 以同樣的方式與步驟走去測試+12V回路。若+ 5V及+12V兩回路都做過穩(wěn)定度的個別檢驗而且都是穩(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