1.稳定性测量的基本概念1.1反馈系统的稳定性
这里可以总结,环路不稳定的两个条件:
1)G(S)H(S)的相位为180°
2)增益幅值 |G(s)H(s)|=1
当两个条件同时满足,环路不稳定。
我们能够画出用于评估系统稳定性的系统环路增益的波特图,表达系统稳定性时常用的增益裕度和相位裕度指标通常是从这里予以得出的。相位裕度所指的是,在增益降低到1(或者0dB)的这个时候,相位距离-180°还存在多少;增益裕度指的是,当相位抵达-180°的时候,增益比1(或者0dB)少了多少。
需要在这么一种情况下,其中相位处于180°,增益呈现出小于1的状态,或者当增益是1的时候,相位处于小于180°这种情况。
波特图,增益裕度,相位裕度
1.2断开环路
简单地将环路断开,我们便能得到环路增益,只需如此。如图所示,其对在反馈系统里怎样把环路断开做了展示,在理论计算之时,你能够于任何一处将环路断开,然而,我们一般会选择在输出与反馈之间把环路断开。环路断开之后,我们于断点处注入一个测试信号i,i历经环路一番后抵达输出从而得到信号Vo,Vo与i的数学关系式即为我们所需求的环路增益。
1.3环路注入
在现实情形里,反馈环路常常发挥着让电路静态工作点得以稳定的功效,以至于我们没法单纯地把环路断开进而去测量环路增益,反馈环一旦断开,电路鉴于输入失调等缘由,输出将会径直饱和,在此种状况下是无法开展任一具有意义的测量的。
我们要克服这个问题,就得在闭环情形下开展测量,有一种可行办法是环路注入。典型的环路注入方法由下图展示。为尽可能把误差降低,我们对注入点的选取有特别要求,通常得让从注入点一端看进去的阻抗远比另一端看进去的阻抗大,比较理想的一个注入点是输出和反馈网络之间,像误差放大器和功率晶体管之间的其他注入点也是可行的。
我们不是在注入点把环路断开,而是在注入点的位置去插入一个相当小的电阻旨在维持闭环,注入信号会经由这个注入电阻而注入到环路当中去。这个注入电阻需要取足够小的值,一般来讲要远远小于反馈网络的等效阻抗,以此才可以确保注入电阻对反馈环路的影响能够忽略不计。Picotest给出建议,当采用J2100A型变压器或者直接运用Siglent SAG1021I时,选用4.99Ω的注入电阻,当然稍微大一点的注入电阻也是可行的。针对另外一方面而言,由于注入电阻与注入变压器呈并联状态,所以较小的注入电阻能够使变压器工作的下限频率得以降低,而这在有需要测量极低频率时段时是极为有用的。
正常情况下,信号的注入不会对环路的静态工作点造成影响,然而由于实际电路里信号源与被测件存在共地的状况,所以常常需要借助注入变压器,就如同图 6 展示的那样,或者直接采用有隔离功能的信号源。
从注入电阻的一端,将注入信号注入到环路之中,之后经反馈网络,再经误差放大器,又经功率晶体管,最终到达输出端,此输出端也就是注入电阻的另一端。如此一来,输出信号Vo与注入信号i之间的数学关系便为我们所需求的环路增益。
要留意的是,我们于闭环的情形下测量开环参数,测试结果的相位会自180°始逐步降至0°,这跟理论上直接断开环路去求环路增益所得到的自0°起始降到-180°不一样,因而在此种状况下我们计算相位裕度之际应当是参考0°而非-180°。

2.环境搭建与测试结果2.1测试设备
示波器: Siglent SDS1204X-E
信号源: Siglent SAG1021I
电源: ZHAOXIN RXN-305D
探头: Siglent PP215 1X
被测件: JWH6346 DEMO板(BUCK)
电子负载:Dingchen DCL6104
2.2测试接线的JWH6346 DEMO板,属于一款稳压电源测试板 ,该测试板上边存在着的电路 ,是借助JWH6346同步降压调节器控制器以及NMOS管、电感共同构成的开关电源电路 ,其电路原理图的呈现形式如图所示。
进行测试 JWH6346 DEMO 板之上的电源环路响应操作之时,R16 两端属于注入点。接线的方式呈现为如图当中所示的样子。信号源 SAG1021I 通过 USB 连接至示波器之上,输出端夹子与注入电阻相并联,借助如此一类方式,信号遂而注入到环路之中,与此同时,环路的直流工作点也不会因信号源以及被测件的接地问题而受到影响。把注入电阻的两端,同时也要连接到示波器上,这里面,R16连接VOUT的那一端,在Bode Plot Ⅱ里被定义成DUT Output,R16的另一端,则被定义为DUTInput。
2.3仪器设置
这一小节着重介绍的是,完成此次测量所必需的关键设置,有关 BodePlot 完整的使用说明,在进入 Bode Plot 软件之前,建议将用到的通道设置成 20 MHz 带宽限制。本次测量的频率范围为 10 Hz 到 100 kHz,对于一个预期穿越频率在 10 kHz 左右的电路而言足够了。于 Bode Plot 的主菜单按配置信息进入配置菜单,编辑配置信息。首先,开展通道设置,把 DUT 输入设置到对应的通道上,接着,把 DUT 输出也设置道相应的通道上,然后,设置好 DUT 输入为 C1,之后,设置 DUT 输出为 C2。到此,进行测试,测试与 SAG1021I 的连接是否成功。最后,把扫描类型设置为可变幅度,还要设置扫描参数。设置频率模式为对数,于配置文件编辑当中建立5个结点,结点分别是10Hz,100Hz,1KHz,10KHz,100KHz,其对应的幅度依次是1.9V,1.9V,80mV,80mV,1V,如同下所示图形,设置点数/十倍频为40。
当增益曲线不光滑时,有可能是注入电压过大致使C1/C2波形失真,亦或是注入电压不足致使C1/C2波形失真。或因C1/C2电压过小,导致示波器检测不出。此时可退出波特图,查看该异常频点的C1和C2的表现,看是否能在屏幕中清晰看到迹线以作判断。若C1和C2的迹线无法很好地显示在屏幕上,可依据自身需求,在不同频段中修改SAG1021I的输出幅度。
Bode Plot 设置
2.4测试结果分析
一个一A负载显示出零增益,其穿越频率大约处于一k四百,相位裕度大概为九十九度,电源这个系统呈现出稳定的状态。
2、5A负载,其增益为0增益;穿越频率处于12.6k左右;相位裕度约为113°;电源系统呈现出稳定状态。