1. 导言

在电源规划中安稳性是一项十分重要的目标。 这篇运用笔记将会简略介绍安稳性丈量的基本概念，以及怎么运用鼎阳的设备进行安稳性丈量。

2. 安稳性丈量的基本概念

2.1 反应体系的安稳性

稳压电源本质上是一个能输出十分大电流的反应放大器，所以适用于反应放大器的理论相同适用于稳压电源（以下简称电源）。依据反应理论， 一个反应体系的安稳性能够经过其体系传递函数得出。工程实践上一般会运用环路增益的波特图来判别体系的安稳性。图 2是一个典型的反应体系。体系的闭环传递函数 A 是输入 x 和输出 y 的数学联络表达式。环路增益 T 则是信号经过环路一周所得到的增益。

图 2 典型的反应体系

在实践的体系中，由于前向增益α和反应系数β都是复数，所以闭环传递函数 A 和环路增益 T 也是复数，也便是既有模值也有相角。当环路增益 T 的模值为 1 相角为-180°的时分，闭环传递函数的分母为 0，其成果变为无穷大。这意味着一个体系在没有输入的情况下会保持一个输出，体系是一个振荡器，这与安稳体系有界的输入发生有界的呼应相对立，也便是说此刻体系是不安稳的。

咱们能够画出体系环路增益的波特图来评价体系的安稳性，表达体系安稳性常用的增益裕度和相位裕度目标一般便是从这儿得出的。相位裕度指的是在增益降为 1（或许 0 dB）的时分，相位间隔-180°还有多少；增益裕度则是相位抵达-180°的时分，增益比 1 （或许 0 dB）少了多少。

图 3 波特图，增益裕度，相位裕度

2.2 断开环路

咱们只需求简略的把环路断开就能够得到环路增益。图 4展现了怎么在反应体系中把环路断开，理论核算时你能够从任何地方把环路断开，不过咱们一般挑选在输出和反应之间把环路断开。断开环路后，咱们在断点处注入一个测验信号 i，i 经过环路一周后抵达输出得到信号 y ，y 和 i 的数学联络式便是咱们要求的环路增益。

图 4 断开环路

2.3 环路注入

实际中反应环路往往起到了安稳电路静态作业点的作用，所以咱们不能简略的把环路断开去测环路增益。反应环断开后， 电路由于输入失调等原因，输出会直接饱满，这种情况下无法进行任何有意义的丈量。

为了战胜这个问题，咱们必须在闭环的情况下进行丈量，一种可行的手法是环路注入。图 5 展现了典型的环路注入办法。为了尽可能下降差错，咱们对注入点的选取有特别的要求，一般要让从注入点一端看进去的阻抗远远大于另一端看进去的阻抗，一个比较抱负的注入点是输出和反应网络之间，其他注入点如差错放大器和功率晶体管之间也是可行的。

图 5 环路注入

为了保持闭环，咱们在注入点的方位刺进一个很小的电阻而不是把环路在注入点断开，注入信号将经过这个注入电阻注入到环路中去。这个注入电阻的取值要满足的小，一般要远远小于反应网络的等效阻抗，这样才干确保注入电阻对反应环路的影响能够忽略不计。 Picotest 主张当运用 J2100A 型变压器或直接运用Siglent SAG1021I 时， 运用 4.99 Ω的注入电阻，当然恰当大一点的注入电阻也是能够的。别的一方面，由于注入电阻和注入变压器并联，小一点的注入电阻能下降变压器作业的下限频率， 这在需求丈量极低频率的时分十分有用。原则上信号的注入不能影响环路的静态作业点，为了处理实际的电路中信号源和被测件共地的问题，往往需求运用注入变压器， 如图 6 所示。或许直接运用带阻隔的信号源。

图 6 运用注入变压器注入环路

注入信号从注入电阻的一端注入到环路中，经过反应网络、差错放大器和功率晶体管抵达输出， 也便是注入电阻的另一端。这样输出信号 y 和注入信号 i 的数学联络便是咱们要求的环路增益。

需求留意的是咱们在闭环的情况下丈量开环参数，测验成果的相位会从 180°开端逐渐降到 0°，这与理论上直接断开环路求环路增益得到的从 0°开端降到-180°不同，所以这种情况下咱们核算相位裕度的时分应该是参阅 0°而不是-180°。

3. 环境树立及测验成果

3.1 测验设备

示波器: Siglent SDS6104 H12 Pro

信号源: Siglent SAG1021I

电源: Siglent SPD3303X

探头: Siglent PP215 1X

被测件: Picotest VRTS v1.51

3.2 测验接线

Picotest 的 VRTS v1.51 是一款稳压电源测验板， 上面的电路是用 TL431 和分立晶体管所树立的线性电源，上面有一个开关能够切换输出电容来取得不同的环路呼应，电路原理图如图 7。

图 7 VRTS v1.51 原理图

测验 VRTS v1.51 上的电源环路呼应时，TP3 和 TP4 是注入点。 接线的办法如图 8和图 9 所示。信号源 SAG1021I 经过 USB 接到示波器上，输出端夹子与注入电阻并联， 这样信号注入到环路的一起， 环路的直流作业点也不会被信号源和被测件的接地问题所影响。TP3 和 TP4 一起也要接到示波器上，其间TP3 在 Bode Plot Ⅱ中界说为 DUT Output，TP4 界说为 DUT Input。

图 8 接线图

图 9 接线示例

3.3 仪器设置

这一末节首要介绍了完结本次丈量所需的要害设置，关于 Bode Plot 完好的运用说明，请参阅相关的用户攻略和快速攻略。

在进入 Bode Plot 软件之前，主张先把要用到的通道设置为 20 MHz 带宽约束。 本次丈量的频率规模是 10 Hz 到 100 kHz，这于一个预期的穿越频率在 10 kHz 左右的电路来说满足了。在 Bode Plot 的主菜单按装备信息进入装备菜单，修正装备信息。进行通道设置，将 DUT 输入和 DUT 输出设置到相应的通道上，设置好 DUT 输入为 C1，DUT 输出为 C2。测验与 SAG1021I 的衔接是否适宜。将扫描类型设置为可变起伏，设置扫描参数。将频率形式设置为对数，在装备文件修正里边树立 5 个结点，分别是 10Hz ，100Hz ，1KHz ，10KHz ，100KHz，对应的起伏分别为 1.9V ，1.9V ，80mV ，80mV ，1V ，如下图所示，将点数/十倍频设置为 40。

图 10 Bode Plot 设置

3.4 测验成果和数据剖析

完结设置后，点击运转开端扫描，扫描成果如图 11所示。

图 11 可变起伏丈量成果

扫描完结后，再次点击运转能够中止扫描，点击数据进入数据列表菜单，翻开数据列表，点翻滚（或许直接在触摸屏操作），能够运用全能旋钮调理下标进行相位裕度丈量。

图 12 数据列表显现

你还能够把数据导出到 U 盘上以便在其他设备上剖析。

Tip：当增益曲线或许相频曲线不光滑的时分，有可能是注入电压过大或许缺乏导致C1/C2的波形失真，或许 C1/C2 电压过小导致示波器检测不出来，此刻能够退出波特图看该反常频点的 C1 和 C2 的体现是否能够很好地在屏幕中看到明晰的迹线来判别。 假如 C1 和 C2 的迹线不能很好地显现在屏幕上，能够依据自己需求来修正不同频段中，SAG1021I 的输出起伏。

4. 定论

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