工程师分享开关电源测试测量经验

　　相位裕量和带宽 （phase margin and bandwidth）

　　相位裕量和带宽是很多公司都没有测试的项目（尤其是规模较小的公司受限于仪器），但是这却是个非常重要的测试项目。电源系统是否稳定，是否能长时间（3年或以上）有效工作，相位裕量和带宽可以在很大程度上说起了决定性的作用。很多公司完全依赖于电源芯片厂家给的参考设计方案里的推荐值，但是跟你的设计往往有不小的差异，这样会有很大的潜在风险。

　　如果系统是一个不稳定的系统，反映在一些电源测试项目里面，会看到以下几个主要问题。

　　● 电源的Noise测试通过，但是电源依然不稳定。表现为功能测试fail。常常有工程师在debug时说我的电源noise已经很小了，加了很多电容了，为啥还是跑不动呢？其实是他的闭环系统本来就不稳定。

　　● Phase点jitter过大。这是比较典型的不稳定现象。

　　● 瞬态响应（Transient response）太大。最笨的办法就是加很多电容，去满足瞬态响应的要求。对于低成本产品，这可是要钱的啊。

　　如果你没有用正确的方法测试出系统的环路增益的波特图，那么你如何下手去调试这些项目让他通过测试呢？只有来来回回不停作实验。然后来来回回跑功能测试。 Oh， my god， 浩大的工作量。而且，对于一些低成本的产品，往往用到了铝电解电容，MLCC电容等低成本方案（电感，电阻值基本没有变化）。这些电容的容值会随着时间变化而减少。如MLCC，系统运行在正常温度两年~三年，容值会变到原来的一半。而这一半电容的变化，会对系统的稳定造成很大的影响，这也是为什么很多低价的产品质量不可靠的一个重要原因。那是不是说价格越高，用越多的电容就越好呢，当然不是。这就是为啥要测试phase margin的原因。你需要调试一组合理的值，能够同时覆盖全电容以及半电容的要求。这样同样能做到低价格高品质。

　　根据奈奎斯特定理对系统稳定性要求，规范要求一个闭环系统的相位裕量最少为60度，45~60度可以考虑为最低限额要求。对于带宽，200~500K的开关电源的要求在10%~30%的开关频率。从开关电源的稳定性看带宽越低，电源越容易稳定。从开关电源的动态指标看，带宽越高电源的动态性能越好。

　　下图五为典型的波特图：

　　另外一点非常重要的是，除了PWM开关电源，有很多线性电源（LDO），其补偿网络在芯片外部的，也要做类似的环路增益的波特图测试，从而确保其稳定性。LDO的测试，是绝大多数厂家容易忽略掉的。比如如下图六所示这种电路，很多人会直接测量noise完事。

　　我们有可能会看到的相位裕量不能达到要求。如下图七，只有30度左右。这个时候，只有调试不同的参数，才能得到比较好的结果。从而满足系统稳定性的要求。

　　电源纹波（ripple）和噪声（noise）

　　电源纹波和噪声，看起来是电源测试里面最简单的项目。但是也有可能对你的测试结果和功能有比较大的影响。首先是纹波，我们测试的时候，只是看是不是符合规范要求，比如30mV等等。有些时候，纹波和系统的PLL是有关系的。如果你的PLL jitter不过 ，可以考虑进一步减小ripple。噪声，有人会问，为啥我的系统noise和他的系统noise基本是一个范围，但是我的系统会跑fail呢？首先我们要排除前面讲的系统稳定性原因，然后，亲，你有没有用示波器做过FFT，看看同样noise在频域上的区别呢？