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1、电源稳定性分析Technic(a)INoteTN01010101V1.00D(a)te:2010/08/13工程技术笔记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广州致远电子有限公司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铝电容大44.为什么电容的ESR会影响相移45.结论5A产品和B产品的电源差异在最近的样机测试屮,发现A产品的电源不稳定岀现了振荡现象,设置电源输出3.3V,测试波形如图l・la所示,振荡幅值有lOOmV,而B产品的电源
2、不会振荡如图1.1b所示。[t>l5000UPlus电源图电源波形比较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的钮电容,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的钳电容,输出波形变稳定了,将B产品的换成10uF瓷片电容,输岀也岀现振荡波形了,所以可以推断编程电源振荡是市于电源滤波选川了瓷片电容引起的。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,LM317的调整端ADJ和输出端OUT保持1.2
3、5V的压羌,改变ADJ电压就可以调整输出电压,其中0为滤波电容,R,提供一定的负载电流保证LM317在空载时也能正常工作,为了提高电源的调報速度和电压稳定度,将LM317串入运放MC34072的反馈冋路构成负反馈系统,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,其屮P为反馈系数,由LM317和G等一起构成,所以Ci不仅起到滤波
4、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*0的幅度大1并且同时环路增益的相移超过了180度或・比0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。⑴因此可以通过测量环路增益A*B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*3相移为180度或・180度的频率f,然麻对应到幅频特性曲线里杳看该f处的幅度是否大于1,或者可以在幅频特性曲线里找到幅度为1的频率f,然后对应到相频特性里查看该f处的相移是否超过了180
5、度或・180度,以上两种方法都可以很工程技术笔记©2008Gu(a)ngzhouZHIYU(A)NElectronicsCO.,LTD.方便的判断系统是占稳泄。(a)(b)图2.2电源环路增益示意图MC34072的开环增益A非常大,有lOOdB,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育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,利川网络分析仪E5071在LM317的调整端ADJ加入激励(・20dbm),测试输岀端OUT可以得到反馈系数B的相频特性和幅频
6、特性曲线,分别得到A和B的相频特性和幅频特性后,可以利用①(A*3)=C(A)+6(B)和20lg(A*3)=201gA+201gP计算得到A*P的相频和幅频特性。f,FREQUENCY(Hz)2.3MC34072开环增益A的幅频和相频特性曲线图806040(89NIV9aoVTO/vdooTNUJdoJo><00M.0MO<1M<1图2.4B测试电路将G换成10uF的瓷片电容,使用E5071测试B的相频和幅频特性曲线如图2.5所示,频率范围从9KHz到1MHz,从图屮可以看出B从9KHz到1OOKHz的范围内相移从0度变到了
7、・120度,而从图2.3开环增益A的相频特性可得A从IKHz到1MHz内其相移基本都为・90度,因此在9KHz到1OOKHz内必然存在-频率使得环路增益A#3达到・180度,同时从A和B的幅频特性可以得到9KHzJlJ1OOKHz内A*B的幅度都是大于1的,依据稳定性判据,系统不稳定。图2.5换用瓷片电容的B幅频(上图)和相频(下图)特性(100KHz/div)将G换成10uF的®1电容,测试P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,再加上开坏增益A从9KHz到1MHz内的最大相移・90
8、度,坏路增益A*P相移不会超过・180度,根据A和B的幅频特性可以估算出频率在150KHZ处A*P的幅度为1,对应A*B的相移为・160度,没有超过・180度,所以系统稳定。图26换用钾电容的B幅频(上图)和相频(下图)特性(100KHz/div)从上述比较可得,同一频率段内