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如何測(cè)試電源穩(wěn)定
無(wú)論在學(xué)習(xí)、工作或是生活中，大家都不可避免地要接觸到電源吧，下面是小編收集整理的如何測(cè)試電源穩(wěn)定，僅供參考，歡迎大家閱讀。
BIOS檢測(cè)
由于現(xiàn)在主板主要有AWARD和AMI兩種BIOS類型，所以看電源電壓的方法有點(diǎn)區(qū)別，AWARD的BIOS是在主界面里進(jìn)入“PC Health Status”選項(xiàng);AMI的BIOS一般是進(jìn)入主界面的“HardwareMonitor”選項(xiàng)，里面就有現(xiàn)在電源的各項(xiàng)電壓值以及CPU的溫度等參數(shù)，據(jù)此我們可以判斷當(dāng)前電源的輸出電壓是否正常。一般來(lái)說(shuō)，電源的正電壓的合理波動(dòng)范圍在-5%~+5%之間，而負(fù)電壓的合理波動(dòng)范圍在-10%~+10%之間。如+5V：4.74V~5.25V;+3.3V：3.14V~3.46V;+12V：11.4V~12.6V;-5V：-4.5V~5.5V;-12V：-10.8V~--13.2V。
軟件測(cè)量
由于在BIOS里不能體現(xiàn)電壓數(shù)值在運(yùn)行軟件中的變化，如果要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)電壓值的話，我們就可以用第二種方法，即用軟件測(cè)量電源的電壓。這類軟件種類繁多，大部分系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件都有這個(gè)功能，比如我們常用的Everest ultimate。Everest ultimate是一個(gè)測(cè)試軟硬件系統(tǒng)信息的工具，它可以詳細(xì)地顯示出PC每個(gè)方面的信息。當(dāng)然也能監(jiān)測(cè)出電源的輸出電壓，只要進(jìn)入Everestultimate主界面的“計(jì)算機(jī)”選項(xiàng)，然后選擇“傳感器”圖標(biāo)，就能看到電源的輸出電壓了。另外，常見(jiàn)的軟件還有speedfan、OCCT等，大家可以自己安裝檢測(cè)。
萬(wàn)用表測(cè)量
軟件檢測(cè)的結(jié)果有可能和實(shí)際情況有一定的偏差，我們只能作為參考，如果你對(duì)各種軟件檢測(cè)的結(jié)果有疑問(wèn)的話，就只有自己動(dòng)手測(cè)量了。親自量的話，首先要有一個(gè)萬(wàn)用表沒(méi)我們要會(huì)正確使用它。在動(dòng)手測(cè)量之前，我們先看一看現(xiàn)在常用24pin電源的各個(gè)針腳所對(duì)應(yīng)的意義，做到心中有數(shù)。
只有我們知道了每個(gè)顏色針腳所對(duì)應(yīng)的不同意義，才能正確地測(cè)量出需要的電壓。我們一般是首先量以下電源空載時(shí)的輸出電壓，再量加載時(shí)的電壓，對(duì)比一下，數(shù)值變化不大的電源比較正常，如果變化比較大，那就說(shuō)明你的電源有點(diǎn)問(wèn)題了。那么怎樣讓電源空載運(yùn)行呢?首先關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)機(jī)箱，拔下與電源連接的所有部件。找來(lái)一根曲別針，把24pin插頭的第16pin綠色線和第17PIN黑色的地線短路連接，再打開(kāi)開(kāi)關(guān)，電源就空載運(yùn)行了。但在這里指出，有些電源有空載保護(hù)。如果想啟動(dòng)電源的話你可以接個(gè)假負(fù)載(如光驅(qū)或者硬盤之類)的，然后用根銅線將綠色線和黑色線短接牢固就行啦。
電源測(cè)試器
硬件檢測(cè)除了萬(wàn)用表之外，還有一種更為便捷的檢測(cè)工具，電源測(cè)試器。比較適合那些不熟悉電子電路知識(shí)的網(wǎng)友們，淘寶上很多地方有售。專門用來(lái)測(cè)試電源各組電壓和PG值，如若檢測(cè)中出現(xiàn)故障，會(huì)自動(dòng)報(bào)警。
反饋控制系統(tǒng)
開(kāi)關(guān)電源是一種典型的反饋控制系統(tǒng)，其有響應(yīng)速度和穩(wěn)定性兩個(gè)重要的指標(biāo)。響應(yīng)速度就是當(dāng)負(fù)載變化或者輸入電壓變化時(shí)，電源能迅速做出調(diào)整的速度。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的負(fù)載多數(shù)情況下都是數(shù)字IC，其電流會(huì)隨著邏輯功能的變化而變化，比如FPGA在進(jìn)行配置時(shí)，電流會(huì)增大一倍以上。而開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓也會(huì)有一定程度的波動(dòng)。為了保證電源穩(wěn)定輸出，不產(chǎn)生跌落或者過(guò)沖，就要求電源必須迅速做出調(diào)整，使得最終輸出的電壓沒(méi)有變化。而電源的響應(yīng)速度就決定了電源的調(diào)整速度。
由于電源加入了反饋系統(tǒng)，就可能發(fā)生震蕩。如果電源系統(tǒng)的參數(shù)沒(méi)有設(shè)置好，就會(huì)產(chǎn)生震蕩，結(jié)果就是電壓上會(huì)被疊加一個(gè)固定頻率的波動(dòng)。導(dǎo)致電源不穩(wěn)定。
從開(kāi)關(guān)電源的框圖中可以看出，該系統(tǒng)是通過(guò)一個(gè)反饋電路，將最終輸出的變化反饋給比例電路，經(jīng)過(guò)比例電路的等比例衰減，輸入到誤差放大器中。而后誤差放大器通過(guò)比較該信號(hào)和內(nèi)部參考信號(hào)的差異，來(lái)驅(qū)動(dòng)后級(jí)脈寬調(diào)制器等一系列的輸出環(huán)節(jié)，最終與干擾信號(hào)相互抵消，從而保證電源的穩(wěn)定。
波特圖
幅度曲線的頻率響應(yīng)是電壓增益改變與頻率改變的關(guān)系,這種關(guān)系可以用波特圖上一條以分貝(dB)來(lái)表示的電壓增益比頻率(Hz)曲線來(lái)描述.波特幅度圖被繪成一種半對(duì)數(shù)曲線:x軸為采用對(duì)數(shù)刻度的頻率(Hz),y軸則為采用線性刻度的電壓增益(dB),波特圖的另一半則是相位曲線(相移比頻率),并被描述成以”度”來(lái)表示的相移比頻率關(guān)系.波特相位曲線亦被繪成一種半對(duì)數(shù)曲線:x軸為采用對(duì)數(shù)刻度的頻率(Hz),y軸為采用線性刻度的相移(度)。
很多同學(xué)容易把波特圖看不明白，是因?yàn)橛靡粋�(gè)坐標(biāo)系，把增益和相位畫(huà)到一張圖上，導(dǎo)致的認(rèn)知錯(cuò)亂。如下圖，注意左邊縱坐標(biāo)是增益，單位是dB；右邊的縱坐標(biāo)是相位，單位是°。橫坐標(biāo)是頻率，是兩個(gè)變量曲線共用的。
開(kāi)關(guān)電源環(huán)路的頻響特性，如果電源的負(fù)載特性在某一頻率下增益等于1(0dB)且相移量為180°時(shí)，那么電源控制環(huán)路將因出現(xiàn)同相正反饋(此相移量加原設(shè)定180°相移，總相移量為360°)，因而有足夠能量返回系統(tǒng)，并在此頻率下維持振蕩。為避免電源系統(tǒng)出現(xiàn)類似破壞性的不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常情況下，環(huán)路控制電路都會(huì)采用反饋補(bǔ)償組件來(lái)降低高頻端的增益，使得開(kāi)關(guān)電源在預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)都保持穩(wěn)定。
傳遞函數(shù)
傳遞函數(shù)transfer function 零初始條件下線性系統(tǒng)響應(yīng)（即輸出）量的拉普拉斯變換（或z變換）與激勵(lì)（即輸入）量的拉普拉斯變換之比。記作G（s）=Y（s）/U（s），其中Y（s）、U（s)分別為輸出量和輸入量的拉普拉斯變換。傳遞函數(shù)是描述線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本數(shù)學(xué)工具之一，經(jīng)典控制理論的主要研究方法——頻率響應(yīng)法和根軌跡法——都是建立在傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)之上。
反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性
穩(wěn)壓電源本質(zhì)上是一個(gè)能輸出非常大電流的反饋放大器，所以適用于反饋放大器的理論同樣適用于穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱電源）。根據(jù)反饋理論，一個(gè)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過(guò)其系統(tǒng)傳遞函數(shù)得出。工程實(shí)踐上通常會(huì)使用環(huán)路增益的波特圖來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。下圖是一個(gè)典型的反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) A 是輸入 x 和輸出 y 的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式。環(huán)路增益T 則是信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路一周所得到的增益。
在實(shí)際的系統(tǒng)中，因?yàn)榍跋蛟鲆?α 和反饋系數(shù) β 都是復(fù)數(shù)，所以閉環(huán)傳遞函數(shù) A 和環(huán)路增益T 也是復(fù)數(shù)，也就是既有模值也有相角。當(dāng)環(huán)路增益 T 的模值為 1 相角為-180°的時(shí)候，閉環(huán)傳遞函數(shù)的分母為 0，其結(jié)果變?yōu)闊o(wú)窮大。這意味著一個(gè)系統(tǒng)在沒(méi)有輸入的情況下會(huì)維持一個(gè)輸出，系統(tǒng)是一個(gè)振蕩器，這與穩(wěn)定系統(tǒng)有界的輸入產(chǎn)生有界的響應(yīng)相矛盾，也就是說(shuō)此時(shí)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。
我們可以畫(huà)出系統(tǒng)環(huán)路增益的波特圖來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性，表達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定性常用的增益裕度和相位裕度指標(biāo)一般就是從這里得出的。相位裕度指的是在增益降為 1（或者 0 dB）的時(shí)候，相位距離-180°還有多少；增益裕度則是相位到達(dá)-180°的時(shí)候，增益比 1（或者 0 dB）少了多少。
那應(yīng)該如何測(cè)量出電源的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性呢，在早期的調(diào)試中，大家會(huì)使用一個(gè)可變的電子負(fù)載來(lái)進(jìn)行測(cè)試，但是由于現(xiàn)在的電子負(fù)載的變化頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率，該方法逐漸的不被大家所使用。目前比較常見(jiàn)的測(cè)試方式就是環(huán)路測(cè)試法。環(huán)路測(cè)試法就是向反饋回路中注入一個(gè)個(gè)單一頻率的正弦波序列信號(hào)，然后根據(jù)電源系統(tǒng)的輸出情況來(lái)判斷其對(duì)各個(gè)頻率干擾的調(diào)整能力。其環(huán)路響應(yīng)的Gain越高，就說(shuō)明電源對(duì)該頻段的抗干擾能力越強(qiáng)。
一般可從以下三個(gè)原則判定電源環(huán)路穩(wěn)定性:
(1)、在室溫和標(biāo)準(zhǔn)輸入、正常負(fù)載條件下，閉環(huán)回路增益為0dB(無(wú)增益)的情況下,相位裕度應(yīng)大于45 度；如果輸入電壓、負(fù)載、溫度變化范圍非常大, 相位裕度不應(yīng)小于30度。
(2)、同步檢查在相位接近于0deg時(shí),閉環(huán)回路增益裕度應(yīng)大于7dB，為了不接近不穩(wěn)定點(diǎn)，一般認(rèn)為增益裕度12dB以上是必要的。
(3)、同時(shí)依據(jù)測(cè)試的波特圖對(duì)電源特性進(jìn)行分析，穿越頻率按20dB/Dec閉合，頻帶寬度一般為開(kāi)關(guān)頻率的1/20～1/6。
斷開(kāi)環(huán)路
我們只需要簡(jiǎn)單的把環(huán)路斷開(kāi)就可以得到環(huán)路增益。
圖中展示了如何在反饋系統(tǒng)中把環(huán)路3 / 8斷開(kāi)，理論計(jì)算時(shí)你可以從任何地方把環(huán)路斷開(kāi)，不過(guò)我們通常選擇在輸出和反饋之間把環(huán)路斷開(kāi)。斷開(kāi)環(huán)路后，我們?cè)跀帱c(diǎn)處注入一個(gè)測(cè)試信號(hào) i，i 經(jīng)過(guò)環(huán)路一周后到達(dá)輸出得到信號(hào) y，y 和 i 的數(shù)學(xué)關(guān)系式就是我們要求的環(huán)路增益。
環(huán)路如何補(bǔ)償
如何判斷，環(huán)路不穩(wěn)定：
a、動(dòng)態(tài)響應(yīng)振蕩（相位裕量不夠）
b、開(kāi)關(guān)占空比不穩(wěn)定
c、輸出電壓異常、紋波大等
環(huán)路補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)步驟：
a、根據(jù)IC廠家推薦，選定補(bǔ)償類型
b、列出傳遞函數(shù)：
c、計(jì)算出整個(gè)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)及零點(diǎn)
d、將零點(diǎn)設(shè)置到功率電路部分LC諧振頻率
e、將整個(gè)環(huán)路的極點(diǎn)設(shè)置到開(kāi)關(guān)頻率的諧波頻率（1/2fsw, 1/3fsw, 1/5fsw, 等），或者輸出電容的ESR引起的轉(zhuǎn)折頻率點(diǎn)。
f、仿真、測(cè)試、調(diào)試
還可以根據(jù)廠家推薦電路完成電路設(shè)計(jì)之后，根據(jù)測(cè)試情況進(jìn)行調(diào)整，是比較偷懶省事的做法。
g、測(cè)試高低溫的環(huán)路穩(wěn)定性情況。
環(huán)路測(cè)試，注入信號(hào)
環(huán)路測(cè)試框圖如下所示：
從上圖可以看出，環(huán)路測(cè)試實(shí)際上是將干擾信號(hào)通過(guò)反饋電路注入到誤差放大器中，而后查看誤差放大器加后級(jí)輸出環(huán)節(jié)的級(jí)聯(lián)響應(yīng)。誤差放大器的響應(yīng)實(shí)際上就是該誤差放大器的開(kāi)環(huán)增益。
隨著一個(gè)個(gè)頻率信號(hào)的掃描，最終將各個(gè)頻道的環(huán)路增益繪制在一張圖上，就會(huì)得到一幅很直觀的頻域特性圖。
根據(jù)這張圖，我們就可以判斷電源設(shè)計(jì)是否穩(wěn)定，是否有優(yōu)化的空間。曲線的穩(wěn)定性判定標(biāo)準(zhǔn)如下：
穿越頻率：建議為開(kāi)關(guān)頻率的5%到20%，過(guò)高則不穩(wěn)定，過(guò)低則響應(yīng)速度過(guò)慢。
相位裕度：要求一定要大于45°，建議45°到80°。
穿越斜率（0dB附近）：要求為單極點(diǎn)穿越，一般是要求穿越斜率在-1左右，即-20db/每十倍頻。
增益裕度：建議大于10dB。
如果有環(huán)路分析儀，就直接按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行鏈接測(cè)試就可以了，只不過(guò)價(jià)格比較昂貴，國(guó)產(chǎn)儀器最低配置4W+。
低溫條件下，典型輸入典型輸出，測(cè)開(kāi)環(huán)Bode圖，按照上述評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷就可以了。
干擾信號(hào)具體要如何注入到誤差放大器呢，誤差放大器的開(kāi)環(huán)增益都非常大，都有60db左右。那么為了不使誤差放大器輸出飽和，輸入信號(hào)必須在-50dbm左右，大概2mv左右，這個(gè)信號(hào)幅度太小，產(chǎn)生過(guò)于困難，一般的電磁噪聲信號(hào)都要高過(guò)這個(gè)信號(hào)的幅度。顯然這樣直接注入是不可行的。為了能夠成功注入干擾信號(hào)，我們需要利用反饋來(lái)進(jìn)行。
注入點(diǎn)如何選擇
選擇注入點(diǎn)，有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法，對(duì)于電壓源就是找設(shè)計(jì)電路時(shí)，用來(lái)計(jì)算電壓的那兩個(gè)電阻。設(shè)計(jì)電路時(shí)是按哪個(gè)電阻來(lái)調(diào)整輸出的，就加到哪個(gè)電阻上。對(duì)于電流源，也與電壓源大致相同，不過(guò)電流源中一般是沒(méi)有R1或者R2，只要將注入電阻放在反饋電電路之后就可以了。
用示波器初步判斷
問(wèn)題是：我們中小企業(yè)往往沒(méi)有足夠的測(cè)試條件。在沒(méi)有測(cè)試波特圖的條件情況下，我們?nèi)绾畏治龊团袛喹h(huán)路穩(wěn)定性呢？
若沒(méi)有環(huán)路分析儀，就通過(guò)輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)進(jìn)行判斷，測(cè)試條件：規(guī)格書(shū)標(biāo)定的最低溫度運(yùn)行（如-25℃），額定輸入電壓，輸出不要額外,掛電容，負(fù)載進(jìn)行半載---滿載---半載切換（一般電流變化率可按照工業(yè)電源的標(biāo)準(zhǔn)0.1A/us的變化率設(shè)定），若此時(shí)輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)能做到這個(gè)樣子，基本就能判定環(huán)路很穩(wěn)了：
如果電源環(huán)路不穩(wěn)定，會(huì)表現(xiàn)為：
動(dòng)態(tài)響應(yīng)振蕩
Phase點(diǎn)的jitter
對(duì)于典型的PWM開(kāi)關(guān)電源，如果phase點(diǎn)jitter太大，通常系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定（就是之前提到的相位裕量不足，在動(dòng)態(tài)負(fù)載情況下，時(shí)域的表現(xiàn)），對(duì)于200~500K的PWM開(kāi)關(guān)電源，典型的jitter值應(yīng)該在1ns以下。
本質(zhì)為：開(kāi)關(guān)占空比不穩(wěn)定
利用示波器測(cè)試波特圖（需要示波器具備改功能）
測(cè)試環(huán)境如下：
測(cè)試設(shè)備：
示波器: Siglent SDS6104 H12 Pro
信號(hào)源: Siglent SAG1021I
電源: Siglent SPD3303X
探頭: Siglent PP215 1X
被測(cè)件: Picotest VRTS v1.51
本次測(cè)試設(shè)備為鼎陽(yáng)提供，感謝鼎陽(yáng)市場(chǎng)部的朋友大力支持。
本次測(cè)試電源Demo為杰華特提供，感謝杰華特的朋友支持。
測(cè)試 VRTS v1.51 上的電源環(huán)路響應(yīng)時(shí)，我們?cè)陔娐分屑尤胱⑷朦c(diǎn)。
信號(hào)源 SAG1021I 通過(guò) USB 接到示波器上，輸出端夾子與注入電阻并聯(lián)，這樣信號(hào)注入到環(huán)路的同時(shí)，環(huán)路的直流工作點(diǎn)也不會(huì)被信號(hào)源和被測(cè)件的接地問(wèn)題所影響。注入電阻兩端分別接兩個(gè)通道的探頭，接到示波器上。
這一小節(jié)主要介紹了完成本次測(cè)量所需的關(guān)鍵設(shè)置，關(guān)于 Bode Plot 完整的使用說(shuō)明，請(qǐng)參考相關(guān)的用戶指南和快速指南。
在進(jìn)入 Bode Plot 軟件之前，建議先把要用到的通道設(shè)置為 20 MHz 帶寬限制。本次測(cè)量的頻率范圍是 10 Hz 到 100 kHz，這于一個(gè)預(yù)期的穿越頻率在 10 kHz 左右的電路來(lái)說(shuō)足夠了。
在 Bode Plot 的主菜單按配置信息進(jìn)入配置菜單，編輯配置信息。進(jìn)行通道設(shè)置，將 DUT 輸入和 DUT 輸出設(shè)置到相應(yīng)的通道上，設(shè)置好 DUT 輸入為 C1，DUT 輸出為 C2。測(cè)試與 SAG1021I的連接是否成功。將掃描類型設(shè)置為可變幅度，設(shè)置掃描參數(shù)。將頻率模式設(shè)置為對(duì)數(shù)，在配置文件編輯里面建立 5 個(gè)結(jié)點(diǎn)，分別是 10Hz，100Hz，1KHz，10KHz，100KHz，對(duì)應(yīng)的幅
度分別為 1.9V，1.9V，80mV，80mV，1V，將點(diǎn)數(shù)/十倍頻設(shè)置為 40。
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