如何合理的測試DCDC電源第八部分，電源相位和增益裕度

相位和增益裕度是用于確定控制回路穩(wěn)定性的行業(yè)標準測量值。如前所述，穩(wěn)壓電源使用控制回路來監(jiān)視和控制其輸出特性。與任何控制回路一樣，如果設計不當，它會很快變得不穩(wěn)定，從而導致振蕩、過沖、下垂和其他導致系統(tǒng)故障的不良特性。

當存在增益大于 1 且相位延遲為 0 度的反饋回路時，就會發(fā)生振蕩。我們在這里不涉及控制回路理論，而是關注使用相位和增益裕度的概念來建立穩(wěn)定和安全設計的標準。

電源的反饋放大器提供負增益。隨著輸入電壓的增加，正向環(huán)路增益降低。換言之，隨著輸出電壓降低(負載增加)，正向增益增加。這在直流或低頻操作時很容易理解。但是，負反饋必須對一些合理的頻率響應做出反應，否則輸出電壓會發(fā)生變化(下降或過沖)。這可能會導致潛在的系統(tǒng)問題。

環(huán)路頻率響應或控制環(huán)路仍具有正增益的頻率必須足夠高以支持預期的系統(tǒng)變化(負載階躍、線路變化等)。但是，當環(huán)路的相位延遲接近 360 度(同相)時，它不能太高。電源控制環(huán)路通常采用濾波器(稱為補償濾波器)來衰減環(huán)路增益并控制環(huán)路頻率響應低于 1(或 0 dB 輸入/輸出)的位置。這個頻率稱為環(huán)路的交叉頻率。為電源設置理想的交叉頻率超出了本文的范圍，但可以說它取決于系統(tǒng)特性和要求，其中一些我在上面提到過。

如前所述，控制環(huán)路增益以既定速率衰減，并在某個已確定的“交叉”頻率處超過一 (0 dB) 的增益。控制回路相位延遲必須充分保持，直到達到交叉頻率。相位裕度是與交叉頻率下的誤差放大器輸入相關的測量輸出相位延遲(相位輸出 - 相位輸入)。特定設計的足夠相位裕度取決于系統(tǒng)要求，包括工作裕度、負載響應要求、設計容差等。

一些行業(yè)專家使用 45 度的相位裕度作為安全的系統(tǒng)目標規(guī)范，但其他專家可能建議低至 30 度。較低的相位裕度通常會導致更快的環(huán)路響應時間，這在某些情況下是可取的。一般來說，低于這些值的相位裕度可能會導致控制回路不穩(wěn)定。

如果控制回路輸入到輸出增益超過零 dB，但在回路相位延遲達到零度(同相)之前沒有充分降低，則控制回路有振蕩和/或其他不良特性的風險。增益裕度是輸出增益幅度除以輸入增益的絕對值。

一些行業(yè)專家使用 10 dB 的增益裕度作為安全值，盡管低至 5 dB 已被安全使用。一般來說，低于這些值的相位裕度可能會導致控制回路不穩(wěn)定。相位和增益裕度目標之間存在關系。通常，相位裕度越低，預期的增益裕度就越低。

存在許多關于控制回路理論和現(xiàn)實世界系統(tǒng)中的安全裕度的論文和書籍。建議讀者參考外部工作，以便為您的特定系統(tǒng)要求建立足夠的相位和增益裕度。

電磁干擾

傳導和輻射電磁干擾 (EMI) 通常在系統(tǒng)級別進行測試，但通常與電源噪聲相關。存在用于確定電源內(nèi) EMI 來源的行業(yè)技術，但超出了本文的范圍。

結(jié)論

如今，可以借助自動化仿真工具來設計電源。例如，TI 的WEBENCH或TINA-TI等工具可以在打開烙鐵之前設計和模擬電源，直至進行熱分析。通常設計按預期工作。然而，由于所有模擬器都做出假設，模擬器的結(jié)果將與實際系統(tǒng)運行有所不同。良好的工程實踐總是包括對實際系統(tǒng)操作的全面實踐分析。

本系列概述了一些(但不是所有)測試應該計劃以確?？煽康碾娫丛O計。作者敦促設計人員制定全面的電源測試規(guī)范和測試計劃并執(zhí)行該計劃，以確保您的系統(tǒng)按預期運行，并且在產(chǎn)品的預期壽命之后繼續(xù)這樣做。