1、引言

电源是现代工业的基石，为了设计出效率更高、噪声更小的电源类产品，工程师就需要花更多的时间和精力在电源的完整性上面，而针对电源完整性来说除了我们经常提到的开关损耗、输入电源质量、输出纹波测试等以外，我们还会涉及到环路响应测试。

开关电源是一种高频开关式的能量变换电子电路，经常作为设备的电源供应，为保证输出对输入的准确响应，负反馈技术被广泛应用于电源稳压器、稳压器、电压基准芯片、运算放大器以及其它电子电路中。就电源稳压器来说，输入为一个准确的电压基准，负反馈的作用是通过取样输出电压与输入电压基准比较，存在差异或不正确信号时，进行放大并修正输出。当反馈环路稳定下来，输出将收敛于准确的电压值。当反馈环路处于非稳态时，那么输出结果将偏离或持续振荡。

图1：开关电源基本原理

2、稳定性测量的基本概念

2.1 反馈系统的稳定性

稳压电源本质上是一个能输出大电流的反馈放大器，所以适用于反馈放大器的理论同样 适用于稳压电源（以下简称电源）。根据反馈理论，一个反馈系统的稳定性可以通过其系统传递函数得出。工程实践上通常会使用环路增益的波特图来判断系统的稳定性。图 2 是一 个典型的反馈系统。系统的闭环传递函数 A 是输入 x 和输出 y 的数学关系表达式。环路增益 T 则是信号经过环路一周所得到的增益。

图2：典型的反馈系统

在实际的系统中，因为前向增益α和反馈系数β都是复数，所以闭环传递函数 A 和环路增益 T 也是复数，也就是既有模值也有相角。当环路增益 T 的模值为 1 相角为-180°的时候，闭环传递函数的分母为 0，其结果变为无穷大。这意味着一个系统在没有输入的情况下会维持一个输出，系统是一个振荡器，这与稳定系统有界的输入产生有界的响应相矛盾，也就是说 此时系统是不稳定的。

我们可以画出系统环路增益的波特图来评估系统的稳定性，表达系统稳定性常用的增益裕度和相位裕度指标一般就是从这里得出的。相位裕度指的是在增益降为 1（或者 0 dB） 的时候，相位距离-180°还有多少；增益裕度则是相位到达-180°的时候，增益比 1（或者 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

我们只需要把环路断开就可以得到环路增益。图 4 展示了如何在反馈系统中断开环路，理论计算时你可以从任何地方断开环路，不过我们通常选择在输出和反馈之间把环路断开。断开环路后，我们在断点处注入一个测试信号 i，i 经过环路一周后到达输出得到信号 y，y 和 i 的数学关系式就是我们要求的环路增益。

图4：断开环路

2.3 环路注入

现实中反馈环路往往起到了稳定电路静态工作点的作用，所以我们不能简单的断开环路去测环路增益。反馈环断开后，电路因为输入失调等原因，输出会直接饱和，这种情况下无法进行任何有意义的测量。为了克服这个问题，我们必须在闭环的情况下进行测量，一种可行的手段是环路注入。图 5 展示了典型的环路注入方法。为了尽可能降低误差，我们对注入点的选取有特殊的要 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，一个比较理想的注入点是输出和反馈网络之间，其他注入点如误差放大器和功率晶体管之间也是可行的。