关于电源稳定性的分析和介绍

人体是一个有机的系统，遇到冲击时能自动作出响应，晕车现象就是一种响应方式，但很显然我们都不喜欢这种响应方式，因为这种响应过了头，造成了我们极其不舒服的感受。车辆本身也是一个系统，经过高低不平的路面时，路面的每一个变化对它来说都是一个冲击，它对付的手段是减震，螺旋弹簧、板状弹簧可以在这个时候发挥作用，其他还有什么空气弹簧、液体弹簧之类的高档玩意儿，电磁减震器也是很热门的东西，一切都是为让搭乘者更舒适而建立。作为司机，我们在开车的时候是与车辆一起构成了一个系统的，在看到比较差的路面时会将速度降下来，但在车轮通过不平处时一定要放开刹车踏板，否则由路面带来的冲击就会大许多。我们降低速度是对路面状况的一种响应方式，放开踏板也是，这些响应如果不给出来，激烈的颠簸就会发生，但是如果过早、过晚、不及或是过头又都会带来不适的感觉。

我们所使用的电源管理器件实际上也是一个个类似的系统，它们在遇到外来冲击的时候也会有特定的响应方式。以电流模式的电压转换器为例，输出电压的反馈信号与参考电压之间的误差会被误差放大器转换为电流输出，这个电流再经积分电路去改变提供给脉宽调制器的输入电压，从而导致占空比改变的结果，这个结果又将导致输出电压的修正，使之最终回到预先设定的输出电压上。 

在电流模式转换器的这个反馈回路中，误差放大器的电流输出转变为电压信号是需要时间的，脉宽调制器的输出也需要与时钟信号同步，因而它们会带来响应的滞后问题。如果改用ACOT架构的转换器，输出电压的纹波随时都被比较器监视着，一旦反馈信号低于参考电压，一次新的开关导通过程很快就会发生，因而就会有非常快的响应速度。

响应的快慢、强弱总是直接与电源转换器的稳定性有关，但稳定性却是一个不容易被清晰理解的概念，要衡量它就需要从系统控制理论中引入相位、增益等概念，这又给测量带来了挑战，因为这通常需要使用到网络分析仪，这种设备又大又重，使用量还特别少，价格却奇高，很多人毕其一生也没有机会使用到。

在实际应用中，我们可以通过快速改变的负载来测量电源系统面对冲击时的响应特性，透过对波形的分析看出系统是否是稳定的。

假如将上述电路设定为12V输入、5V输出、Cout=60µF、L=4.7µH，从小到大设定Cff，再给各种设定下的电路施加动态负载，我们将得到下表所示的各种测量结果：

当Cff=0pF时，输出电压在负载电流变化之后都发生了激烈的振荡过程，这就属于过头了的响应，它能将变化向相反的方向引领，但是却过了头，而且介入的时间也太晚，所以电压下降和上窜的幅度会很大。将Cff设为39pF以后，响应的强度降低了，但是速度仍然过慢，所以能看到电压下降和上窜的幅度仍然很大，拉回的程度也过头得比较多。直到将Cff增加到150pF以后，响应的速度和强度才是比较合适的，因而负载跳变带来的电压变化能得到快速纠正，同时也不会向相反方向冲过得太多，这时候这个系统的稳定性就是比较好的。

通常情况下，我们在测试中可以使用普通的电子负载来生成阶跃负载，但是这些电子负载的变化速度实在是太慢了，所以对电源系统稳定性的评判实际是不完善的，我们不能借助它们看到高频冲击的响应。

实际上，一个可以快速变化的阶跃负载可以用下述电路来产生：

一个静态负载R3，我们通过它将系统的工作状态调整到连续工作模式，无论负载是增加或下降，转换器都有足够的活动空间可以使用；一个动态负载R1//R2，它的接入和断开就构成了负载的加入和撤离；电子开关Q1在脉冲信号发生器的驱动下周期性地通断，完成负载的变化过程。整个电路实在是简单得不得了，但是一个好用又能长久使用的工具最好还是应该被好好地对待，这就有了立锜快速负载瞬变测试工具的诞生。上一期的视频已经向你介绍了关于此工具的方方面面，下面我们再来欣赏一次，希望上面的解说能对你的理解起到帮助的作用。