电源稳定性分析-周立功笔记

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1、Technic(a)lNote广州致远电子有限公司工程技术笔记TN01010101V1.00D(a)te:2010/08/13电源稳定性分析类别内容关键词稳定性判据、ESR摘要分析了编程器电源不稳定的原因及解决方案目录1.A产品和B产品的电源差异12.为什么瓷片电容会导致电源振荡13.为什么同样容值的瓷片电容相移比钽电容大44.为什么电容的ESR会影响相移45.结论5工程技术笔记©2008Gu(a)ngzhouZHIYU(A)NElectronicsCO.,LTD.11.A产品和B产品的电源差异在最近的样机测试中，发现A产品的电源不稳定出现了振荡

2、现象，设置电源输出3.3V，测试波形如图1.1a所示，振荡幅值有100mV，而B产品的电源不会振荡如图1.1b所示。图1.1电源波形比较A产品和B产品，发现前者电源的滤波电容为0.6uF的瓷片电容，后者的滤波电容为10uF的钽电容，将A产品的滤波电容换成10uF的瓷片电容，输出电源仍然会有振荡波形，而将A产品的滤波电容换成10uF的钽电容，输出波形变稳定了，将B产品的换成10uF瓷片电容，输出也出现振荡波形了，所以可以推断编程电源振荡是由于电源滤波选用了瓷片电容引起的。2.为什么瓷片电容会导致电源振荡图2.1电源原理图电源原理图如图2.1所示，L

3、M317的调整端ADJ和输出端OUT保持1.25V的压差，改变ADJ电压就可以调整输出电压，其中C1为滤波电容，R1提供一定的负载电流保证LM317在空载时也能正常工作，为了提高电源的调整速度和电压稳定度，将LM317串入运放MC34072的反馈回路构成负反馈系统，根据运放的虚短虚断容易计算得LM317输出电压VDD为(R3+R4)*Vin/R4，由于MC34072并非轨到轨运放，加入电阻R2吸收一部分电流使运放可以输出尽量低的电压，如果没有输出低压的要求，R2可以去掉。如图2.2所示为电源的环路增益示意图，其中β为反馈系数，由LM317和C1等

4、一起构成，所以C1不仅起到滤波作用还会影响系统的反馈系数，A为运放的开环增益。可以利用稳定性判据来分析系统是否会振荡，判据如下：如果系统在某一频率的环路增益A*β的幅度大1并且同时环路增益的相移超过了180度或-180度，则系统不稳定，如果上述两个条件不同时成立则系统稳定。[1]因此可以通过测量环路增益A*β的幅频特性和相频特性来判断系统是否稳定，可以先在相频特性曲线里找到A*β相移为180度或-180度的频率f，然后对应到幅频特性曲线里查看该f处的幅度是否大于1，或者可以在幅频特性曲线里找到A*β幅度为1的频率f，然后对应到相频特性里查看该f

5、处的相移是否超过了180度或-180度工程技术笔记©2008Gu(a)ngzhouZHIYU(A)NElectronicsCO.,LTD.6，以上两种方法都可以很方便的判断系统是否稳定。图2.2电源环路增益示意图图2.3MC34072开环增益A的幅频和相频特性曲线MC34072的开环增益A非常大，有100dB，超过了实验室的网络分析仪E5071的最大动态范围81dB，所以这里A的相频特性和幅频特性直接采用数据手册给出的参数如图2.3所示。断开运放的输出如图2.4所示，利用网络分析仪E5071在LM317的调整端ADJ加入激励（-20dbm），测试

6、输出端OUT可以得到反馈系数β的相频特性和幅频特性曲线，分别得到A和β的相频特性和幅频特性后，可以利用Φ(A*β)=Φ(A)+Φ(β)和20lg(A*β)=20lgA+20lgβ计算得到A*β的相频和幅频特性。图2.4β测试电路将C1换成10uF的瓷片电容，使用E5071测试β的相频和幅频特性曲线如图2.5所示，频率范围从9KHz到1MHz，从图中可以看出β从9KHz到100KHz的范围内相移从0度变到了-120度，而从图2.3开环增益A的相频特性可得A从1KHz到1MHz内其相移基本都为-90度，因此在9KHz到100KHz内必然存在一频率使得

7、环路增益A*β达到-180度，同时从A和β的幅频特性可以得到9KHz到100KHz内A*β的幅度都是大于1的，依据稳定性判据，系统不稳定。工程技术笔记©2008Gu(a)ngzhouZHIYU(A)NElectronicsCO.,LTD.6图2.5换用瓷片电容的β幅频（上图）和相频（下图）特性(100KHz/div)将C1换成10uF的钽电容，测试β的幅频和相频特性曲线如图2.6所示，从9KHz到1MHz内最大相移只有-56度，再加上开环增益A从9KHz到1MHz内的最大相移-90度，环路增益A*β相移不会超过-180度，根据A和β的幅频特性可以

8、估算出频率在150KHz处A*β的幅度为1，对应A*β的相移为-160度，没有超过-180度，所以系统稳定。图2.6换用钽电容的β幅频（