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电源稳定性分析 Technic(a) I Note TV1.00 D(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 TOC \o 1-5 \h \z HYPERLINK \l bookmark2A产品和B产品的电源差异 1 HYPERLINK \l bookmark4为什么瓷片电容会导致电源振荡 1 HYPERLINK \l bookmark6为什么同样容值的瓷片电容相移比铝电容大 4 HYPERLINK \l bookmark8为什么电容的ESR会影响相移 4 HYPERLINK \l bookmark10结论 5 A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产品的电源不会振荡如图1.1b所示。 [tl 5000U Plus 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。 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1.25V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 图2.1电源原理图 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度或?180度，以上两种方法都可以很 工程技术笔记 ?2008 Gu(a)ngzhou ZHIYU(A)N Electronics CO., LTD. 方便的判断系统是占稳泄。 (a)(b) (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E507 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 + 201g P计算得到A* P的相频和 幅频特性。 f, FREQUENCY (Hz) 2.3 MC34072开环增益A的幅频和相频特性曲线 图 806040(89 NIV9 aoVTO/v dooTNUJdo Jo 00 M.0 M O1 M1 图2.4 B 图2.4 B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1 OOKHz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IKHz到1MHz内其相移基本都为?90度,因 此在9KHz