技術(shù)干貨周刊奉上（數(shù)字控制，電源紋波，開關(guān)電源）
改善電源數(shù)字控制相位裕量的方法
作者：電源漫談
前述文章，PowerSmart? DCLD設(shè)計電壓模式BUCK數(shù)字補償器 ，我們詳細(xì)測試了BUCK電路在電壓模式下的BODE圖，本文通過進(jìn)一步優(yōu)化其環(huán)路特性以達(dá)到更優(yōu)的閉環(huán)特性，考慮到篇幅所限，此處僅作部分波形結(jié)果記錄。
一.原始狀態(tài)的環(huán)路BODE圖及相關(guān)時間參數(shù)
在目前狀態(tài)下，我們選擇FOSC/2為ADC時鐘源，F(xiàn)OSC設(shè)置為最大主頻100MIPS，F(xiàn)OSC對應(yīng)200M,測試DEMO上使用的是共享內(nèi)核的ADC CORE采樣輸出電壓和輸入電壓，可知ADC的共享內(nèi)核設(shè)置為了50M,這是一個相對保守的ADC時鐘設(shè)置。
TRIGA用來觸發(fā)AN12輸入電壓信號，TRIGB用來觸發(fā)AN13輸出電壓反饋值，此時觸發(fā)信號都是0時刻。
從上圖看，我們將PWM1H上升沿死區(qū)設(shè)置的偏大一些。
此處由于采用共享內(nèi)核去做ADC采樣轉(zhuǎn)換，且會先采樣轉(zhuǎn)換AN12輸入電壓信號，因此看起來進(jìn)入AN13 的ADC中斷采樣轉(zhuǎn)換延時偏大，達(dá)到960nS，在實際應(yīng)用中可采用專用內(nèi)核去做輸出電壓的采樣，且實施早中斷等措施減小采樣轉(zhuǎn)換延時……
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開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定性分析之電壓型補償網(wǎng)絡(luò)
作者：大話硬件
在前面的文章中，已經(jīng)分析了控制級和功率級的傳遞函數(shù)，這一節(jié)咱們來分析反饋級的傳遞函數(shù)。
在分析反饋網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)之前，我想，應(yīng)該有幾個問題需要做一下介紹。
1. 功率級和控制級傳遞函數(shù)說明了什么？
根據(jù)前面的傳遞函數(shù)的表達(dá)式可知，帶有兩個阻抗L，C元件的傳遞函數(shù)，在轉(zhuǎn)折頻率以后，在增益上斜率為-2，表現(xiàn)為-40dB/dec的特性，在足夠?qū)挼念l率范圍內(nèi)相位偏移達(dá)到-180°。
這樣的性質(zhì)說明兩個特點：
（1）傳遞函數(shù)會以較快的頻率（-2斜率）穿過0dB；
（2）相位會到達(dá)-180
下面仿真的不同負(fù)載電阻條件下，LCR 電路的波特圖，從結(jié)果可以看出，只要是LC的值確定，轉(zhuǎn)折頻率確定，諧振峰的大小和負(fù)載電阻有關(guān)系。在轉(zhuǎn)折頻率處相位會有突變，增益會以-40dB/dec的特性降低。
2.零點和極點的作用
左邊平面零點會使增益以+20dB的斜率上升，相位增加90度。
左邊平面的極點會使增益以-20dB斜率下降，相位減少90°
3. 什么樣的開關(guān)電源是穩(wěn)定可靠的？
講了這么久，我們一直在說開關(guān)電源要穩(wěn)定，到底什么樣的電源才算是穩(wěn)定的呢？
在此之前其實也給大家分析過，判斷一個電源穩(wěn)定與否，除了測試，我們就只能使用數(shù)學(xué)的工具來判斷是否穩(wěn)定。
因此，在評定開關(guān)電源穩(wěn)定性時，會用下面這兩個條件來評定開關(guān)電源是否穩(wěn)定。
增益裕度：GM一般需6dB的增益裕量；
相位裕度：PM一般需要45°的相位裕量；
斜率要求：為防止-40dB/dec增益斜率，相位變化太快，增益曲線穿過0dB的時候，最好是以-20dB/dec；
從上面3個條件可以看出，增益有要求，斜率有要求，相位也有要求。
上面的要求，是不是有點像大家看到的找對象要求：身高>180，體重<150，一般這兩條很難滿意，往往會再加上幾條。
開關(guān)電源也是這樣，其實增益裕度和相位裕度已經(jīng)可以保證電源穩(wěn)定，但是環(huán)境中存在的不確定性太多，增加的條件越多，開關(guān)電源就越穩(wěn)定。
4. 開關(guān)電源環(huán)路補償其實不算難
分析到這里，其實環(huán)路補償這件事，說難，也不難，說簡單也很難。
簡單的原因：
首先，我知道判斷一個電源是否穩(wěn)定的要求是什么，上面列出了3條；
其次，我求出了控制級和功率級的傳遞函數(shù)，剩下就是用補償環(huán)路補償一下；
最后，使整個環(huán)路保持穩(wěn)定，滿足要求……
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說說電源紋波
作者：廣元兄
電源紋波產(chǎn)生原因
我們常見的開關(guān)電源，是輸入的交流電壓經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波等處理后得到的，雖然經(jīng)過了處理，但直流電平上還是會有周期性和隨機性的雜波信號，這些我們不需要的部分就是紋波。
開關(guān)電源的紋波是隨機信號，隨著時間變化在直流輸出電平上來回波動的交流量，周期和幅值不是固定的。
這里需要和電源噪聲相區(qū)別，電源噪聲一般是指全帶寬下輸出電壓上疊加的交流量。電源紋波是低頻噪聲，測量需要將帶寬限制在20MHz，而電源噪聲測量需要將帶寬限制取消，全帶寬測量。
為什么電源紋波是低頻？這是因為整個電源分配網(wǎng)絡(luò)上分布著不同容值的電容，產(chǎn)生著寄生效應(yīng)，形成了類似于低通濾波器，所以電源的高頻分量不高。
電源紋波的危害
實際的產(chǎn)品運行中，紋波是需要我們注意管控的部分，那紋波有哪些危害：
①降低電源的使用效率
②干擾電路的邏輯關(guān)系
③加大設(shè)備的錯誤運行幾率
電源紋波的測量
既然紋波存在危害，那我們需要做什么測試，來保證紋波的影響符合產(chǎn)品設(shè)計要求。
測量要求
紋波測量有環(huán)境要求，除了我們常說的溫濕度，即室溫（20℃左右）和濕度（＜80%），還有測試產(chǎn)品放置時間（≥24H），震動和電磁干擾小等要求。不同的環(huán)境會測出不同結(jié)果，當(dāng)然不同的產(chǎn)品有不同的標(biāo)準(zhǔn)。比如，產(chǎn)品是否需要做負(fù)載測試。消費類產(chǎn)品，不做負(fù)載測試，這是有區(qū)別的。
測量標(biāo)準(zhǔn)
電源紋波的測量方法通常分為兩類，一類是單獨電源的測量，另一類是產(chǎn)品的調(diào)試測量。紋波電壓可以用絕對量表示，也可用相對量來表示。常用的就是紋波系數(shù)，紋波電壓與直流輸出電壓的比例，就是紋波電壓的有效值與直流輸出電壓的百分比，來評估直流電源的濾波性能。一般測試紋波的標(biāo)準(zhǔn)是≤5%。
測量點的選擇
測量點選擇可以從下面的方向考慮：
①選取靠近負(fù)載且離電源源端較遠(yuǎn)的去耦電容
②盡量選取封裝小的電容（0201）
③不同容值要保證有測試點
測量注意點
①帶寬選擇
在測量時，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，避免高頻噪聲影響紋波測量。用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長產(chǎn)生的環(huán)路干擾。
在探頭的正負(fù)極之間，并聯(lián)一個0.1uF的電容，這也是限制帶寬的一種方法，用于濾除高頻信號。
②探頭接地處理
保證探頭接地盡量短。探頭都有一個接地夾，它與探頭正極形成的環(huán)路，環(huán)路面積越大，其他信號分量就越多，噪聲輻射到信號的回路中的可能性越大，導(dǎo)致錯誤的測試結(jié)果。
還有一種說法，如果板子上的高頻信號穿過，會在示波器上形成比噪聲信號還要大的電壓，因此測量紋波這種小信號時，一定要保證這個環(huán)路越小越好。
探頭測試紋波的時候，地線的處理都尤為關(guān)鍵，否則會通過地線引入不必要的噪聲。最好的縮短接地路徑的方法是用接地環(huán)。
③探頭的檔位選擇
探頭有X10和X1檔位，電源紋波測試選擇X1。這是因為如果使用10X探頭，信號在探頭先衰減10倍，進(jìn)入示波器后再放大10倍。對于小信號而言，衰減10倍后，這部分信號很有可能就隱藏在底噪里面了……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5864.html
Rdson對應(yīng)MOS管的哪個工作區(qū)？
作者：硬件微講堂
關(guān)于MOS管的文章，例如MOS管的參數(shù)解析等，網(wǎng)上很多，這里就不寫了，我們還是針對具體問題具體分析。在問題求證過程中，查漏補缺。
1、一道問題
關(guān)于MOS管的Rdson的解釋，網(wǎng)上搜出來的內(nèi)容都差不多，比如：①在特定Vgs 、結(jié)溫及Id條件下， MOS管導(dǎo)通時d-s間最大阻抗；②MOS管導(dǎo)通時，漏極D和源極S之間的電阻值。上面的說法都對，但是我感覺這種描述還不夠具體。
我問一個問題： 我們都知道MOS管分可變電阻區(qū)、恒流區(qū)（飽和區(qū)）、截止區(qū)。Rdson電阻是對應(yīng)MOS管的哪個工作區(qū)？A：可變電阻區(qū)；B：恒流區(qū)；C：截止區(qū)這道選擇題，你會選哪個？
關(guān)注這個號的人，大都已經(jīng)不是學(xué)生了，做題不能再全靠蒙，要負(fù)責(zé)任，最好能說出你的理由。C應(yīng)該最先排除，我想這個應(yīng)該沒有疑問，關(guān)鍵點就在于是選A還是選B。
2、只有Vgs時
要想弄清楚這個問題，我們需要先搞清楚MOS管內(nèi)部的工作機理。下圖是N溝道增強型的MOS管內(nèi)部構(gòu)造，具體我就不展開介紹了。
當(dāng)d-s短路（暫時不加入電壓），只在g-s兩端加入電壓Vgs。當(dāng)Vgs增大到一定值（Vth），此時柵極附近的P型襯底中的空穴被向下排斥，襯底中的少子（電子）被向上吸引，進(jìn)而形成反型層，產(chǎn)生N型導(dǎo)電溝道。
在這個過程中，Vgs加大，導(dǎo)電溝道寬度增加；Vgs減小，溝道寬度就減小。由此可見，g-s間的電壓Vgs對導(dǎo)電溝通到寬度有控制作用。而這個導(dǎo)電溝道就表現(xiàn)為一個電阻特性：Vgs變化，電阻變化；Vgs不變，電阻不變。如果此時在d-s稍微加一點電壓Vds，則會有Id出現(xiàn)。
3、Vgs和Vds同時存在時
在Vgs>Vth且保持不變的條件下，如下圖所示，在d-s間增加一個小的Vds電壓。
Vds的存在，使得Vgd存在電壓。Vgd=Vgs+Vsd=Vgs-Vds>=Vth，即Vds<=Vgs-Vth時，導(dǎo)電溝道會一直存在，但由于Vgs和Vgd不相等，準(zhǔn)確地說是Vgs>Vgd，溝道兩端會形成電位梯度進(jìn)而導(dǎo)致溝道寬度不均勻，靠近源極的一側(cè)寬度大，靠近漏極一側(cè)寬度小，呈梯形結(jié)構(gòu)。
如果Vds繼續(xù)增大，使得Vgd=Vgs-Vds進(jìn)一步減小，當(dāng)Vgd=Vth，即Vds=Vgs-Vth，如下圖所示，即進(jìn)入預(yù)夾斷狀態(tài)。在此之前，MOS管是處于可變電阻區(qū)。
在可變電阻區(qū)內(nèi)，Vds增大，Id也增大，它們是呈比例增加，這個比例關(guān)系就是電阻Rds。而這個Rds只受Vgs控制。
如果Vds繼續(xù)增大，使得Vgd=Vgs-Vds進(jìn)一步減小，當(dāng)Vgd<Vth，即Vds=Vgs-Vth，如下圖所示，即進(jìn)入恒流狀態(tài)，飽和區(qū)。注意此時溝道并沒有被真的夾斷，只是夾斷縫隙變長，依然有電流Id存在。Vds增加的部分主要用于克服溝道的電阻，Id幾乎不變，Id幾乎僅僅取決于Vgs。
4、從溝道狀態(tài)解析
解釋完Vgs和Vds分別對MOS管的作用，以及從可變電阻區(qū)到恒流區(qū)的過程，再回到文章開頭的問題：Rdson電阻對應(yīng)是MOS管的哪個區(qū)？
（1）處于可變電阻區(qū)時，導(dǎo)電溝通是暢通的，此時的Id和Vds是呈線性比例關(guān)系。在同一個Vgs條件下，比例關(guān)系固定；（2）處于恒流區(qū)時，導(dǎo)電溝道是部分夾斷狀態(tài)，此時的Id不隨Vds增加而變化，幾乎僅取決于Vgs……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5862.html
為什么串（并）聯(lián)負(fù)反饋適用于恒壓（恒流）源輸入？
作者：小小的電子之路
在模電書上看到了這樣一個問題--為什么串聯(lián)負(fù)反饋適用于輸入信號為恒壓源或近似恒壓源的情況，而并聯(lián)負(fù)反饋適用于輸入為恒流源或近似恒流源的情況？
在解決這個問題之前，需要了解一下負(fù)反饋放大電路的四種基本組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋。這四種組態(tài)的區(qū)分方法是：
若反饋量取自輸出電壓，則為電壓負(fù)反饋；
若反饋量取自輸出電流，則為電流負(fù)反饋；
若輸入量為電壓，則為串聯(lián)負(fù)反饋；
若輸入量為電流，則為并聯(lián)負(fù)反饋。
下面以電壓負(fù)反饋為例來分析文章開頭所提出的問題。
1、電壓串聯(lián)負(fù)反饋
上圖是電壓串聯(lián)負(fù)反饋的基本組成框圖（僅考慮輸入端），其中基本放大電路的輸入量，即系統(tǒng)的凈輸入量
可以看出，凈輸入量受反饋量的控制，這也正是負(fù)反饋電路的作用。
若將輸入信號替換為恒流源，則此時凈輸入量
其中Ri為基本放大電路的輸入電阻，可見，此時系統(tǒng)的凈輸入量不再受反饋量的控制，負(fù)反饋放大電路也就失去了反饋的作用。
2、電壓并聯(lián)負(fù)反饋
上圖是電壓并聯(lián)負(fù)反饋的基本組成框圖（僅考慮輸入端），系統(tǒng)的凈輸入量
此時凈輸入量受反饋量控制。
若將輸入信號替換為恒壓源，則此時凈輸入量
此時凈輸入量同樣不受反饋量的控制。
3、仿真測試
以同相比例運算電路（電壓串聯(lián)負(fù)反饋）為例，在其輸入信號分別為恒壓源和恒流源時，仿真運放同相輸入端與反相輸入端的電壓差，即凈輸入量。仿真結(jié)果如下面兩張圖所示，可以看出，輸入信號為恒壓源時，凈輸入量的峰峰值在50uV左右；輸入信號為恒流源時，凈輸入量的峰峰值在20V左右……
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