概述
大部份电源管理电路的稳压特性都是由转换器环路传递函数来定义，这个函数可以用波德图(Bode Plot)绘制出来。这种图表可以表达出环路增益和环路相位位移在不同频率下的特性，提供有关控制环路的速度和电源稳定性的重要信息。无疑，绘制波德图最理想的是用网络分析仪，但也可用实验室内一些比较简单的工具来绘制。
这篇文章将会示范如何单靠一个音频生成器(或简单的信号发生器)和示波器去测量波德图的关键点。整个测量方法的步骤将会全部显示出来并配以大量的图片，务求让设计人员能够在最短时间内掌握到测量的方法。
步骤1：准备电路
第一个步骤是要断开电源的环路，以便找出一个点来注入一个小信号，并测量这个进出环路的信号。通常，这个环路的断点都会选择在回馈路径中采样电阻与低阻抗输出点之间。对于一个好的注入点而言，节点的一边应该是高阻抗而另一边则是低阻抗。我们现在选的注入点便具备了这个条件。图1表示出一个典型降压开关模式稳压器(例如是美国国家半导体的LM26001)的原理图和所需的测量装置。
为了从导电性上区分测量点A和B，要在回馈路径中放置一个小电阻，电阻值最好为20Ω。有了这个电阻，受调节的输出电压便不会轻易地受到影响。用来注入小信号的节点和测量系统便建立起来了。
任何可能与R1回馈电阻器并联的RC相位超前网络均应保持与R1并联，并且不会因加入20Ω的电阻器而受到改变。
图2表示出一个优良的测量结构。在电路板上的回馈路径被打断，并且在电路板上焊接了一个20Ω的电阻器。部分的评估板已经预留有一些焊位用来放置测量稳定性用的电阻器。至于其他的电路板，它们切断电路板上的回馈迹线相对容易，并通过一个20Ω的电阻器重新连接。对于两个电压探针和信号注入电缆的连接，图2中的双绞线便大派用场。这种小型双绞线可以有效地避免噪声串扰，这点对一个良好的测量非常重要。紧密连接的双绞线可以跨行大约两英寸而不会出现问题。这种连接方式，将有助于应对来自电压探针和信号注入连接器的机械应力，但同时又不会因双绞线的紧密连接而影响了测量的结果。电压探针接地连接应该连接到电源电路板上的一个接地上。图3表示出两个探针连接到电路板的情况。
步骤2：接入变压器
注入的信号必须是与输出电压有关的小信号。这个注入信号不可以改变电源的大信号特性，但又必须足够大，以便当它流经环路时可以被检测出来。可是，注入信号一定不能改变环路的特性。例如，一个在回馈接脚的过压保护阈值不能因为注入信号而被触发。对于流经步骤一所描述的测量电阻器的注入正弦波信号，其大小通常应介乎30mV～100mV之间。至于其确实的数值则会视乎系统的增益而改变，并会随着频率而变化。因此，我们在开始时应用一个较小的信号，之后视乎需要而加强，直至在示波器上看到注入信号为止。这样可确保该信号在应用中仍然可看作成一个小信号。在这方面，我们经常会用到接入变压器，因此不会有一个直流连接从测试中的电源到信号发生器。在这类测量应用上，市面上有几种专门的变压器可供使用，它们均可在宽阔的频带范围内提供一个极平整的电压传送。当用一个网络分析仪来自动扫查频率时，那平整的增益便可带来好处。对于大部份的应用，尤其是当注入信号的频率可人工改动时，变压器的电压传递特征可经由改变信号或音频生成器的波幅而被均衡化。这样，即使是一个不能表现平整电压传递曲线的变压器都可使用，例如是供110V～12V离线转换用的廉价标准变压器。图3为一个这样的变压器。在图1、7和8的原理图中，该变压器被标示为T1。
步骤 3: 设置信号发生器
信号发生器应该能提供一个正弦波信号，而其输出应该与注入变压器的110V输入端连接。然后，注入变压器的输出电压应该按信号发生器的波幅设置来进行调节。这个步骤应该以不同的频率来测试，以确保信号发生器的波幅不会把电源电路驱动成非线性运行。信号发生器的输出信号之直流偏置电压应该设置成零V，因为我们只通过注入变压器来耦合交流电。
步骤4：设置示波器
示波器可以选用模拟式或数字式，而最重要的是它拥有两个具有相同衰减的已校正示波器探针，以便简化测量的程序。之后，把两条通道都设置成最高的分辨率并同时设置AC耦合。
为了防止开关噪声占据示波器的画面和覆盖我们想看的波形，需要将探针设置成最高的频宽极限。此外，为了取得正弦波的最佳触发图像，我们可以触发依附着信号发生器的第三条通道。基于高频开关所产生的噪声干扰，要直接触发通道A和通道B可能会比较困难，但当直接触发信号发生器时便可避免这个问题。此外，这种触发方式并不需要因通道A和B的波幅改变而进行再调节。
步骤5：设置电源
电源必须处于一个可进行稳定性测试的条件，这即意味要给电路板加电并且接一个负载到输出端)。为了尽量简化，图3不会显示出这些电缆的连接。对于测量稳定性，采用不同的负载和线路条件无疑是一个明智的做法。在低输出负载下，大部份的电源都会进入非连续电流导电模式，以表现出不同的环路特征。同时在电压模式下，由于转换器没有输入电压前馈，故环路特征将会随着输入电压而改变。在进行测量之前，必须确定注入扫频小信号的变压器已连接到注入电阻器的两端,以及连接好示波器通道A和B的两个探针.两个通道的地线应该连接到被测电源的接地端。
步骤6：进行测量
当设置完成并接上电源后，示波器可能会在一条通道上显示出一条线而在其他的通道上显示出正弦波。假如正弦波没有出现，那可能示波器并没有设置到最高的波幅分辨率(典型是每格20mV)，或是把信号发生器的波幅设置得太低。一旦示波器出现正弦波，那改变信号发生器的频率将会导致通道A和B的波幅产生变化。当到达某一个频率时，通道A和B的正弦波波幅会一样，而这个点的环路增益是1。这就是说注入系统中的信号波幅与正通过环路的信号之波幅是一样。这个由信号发生器设置的频率正是系统零dB的穿越频率。
图4显示出在示波器画面上的通道A和B，当中两个波形的波幅都是一样。这正是零dB的穿越频率。
在一般的情况下，两个正弦波都是互相位移，而两个信号的相位差波幅便相当于在零dB穿越频率时的相位裕度。
除了零dB穿越频率外，在较低的频率下有可能会测到其他的关键点。通道A和B的波幅差别可给出信号发生器设置某频率下时的增益。以下的表列是根据方程式 dB = 20log A/B所引伸出的电压差别和其相对应的dB数值。
为了绘制出完整的波德图，需要清查信号发生器的频率，并量度在不同点上的增益，这些增益来自两条通道之间的波幅关系和相位位移的差别。由于测量用的示波器和环路的增益不同，有时可能很难在波德图上看得见很大或很小增益的点。例如一个30dB的增益，在示波器上很难看得见通道A和B之间的1:32电压关系。对于典型的设计，最重要的波德图点，例如0dB穿越频率点等，都可以轻易和比较准确地被量度出来。在较高增益的频率下，可能很难看得见确实的dB值，但如果是”增益很高或可能超出30dB”之类的定量观察便很容易做到。
只有当设计不会振荡或在过压保护模式下出现滞后时，才可以成功地测量环路。为了得出一个可测量的稳定设计，可以在电流模式控制设计中动用一些小技巧。假如设计中的误差放大器是一个跨导放大器的话，那便从补偿接脚至接地间放置一个大电容；而假如设计中的误差放大器是一个标准的电压到电压误差放大器的话，那大电容便应放置在补偿接脚至FB接脚之间。在这方面，1μF的电容一般都会足够。这样，将可在很低的频率下设置一个极点并强迫增益迅速下降，因此零dB都是出现在很低的频率点上。在电流模式控制的设计中，在很低频率下的相位裕度通常都足以给出一个稳定的设计。这个方法可促使转换器的增益测量成功地执行。可是，这方法只对绘制补偿至输出图表有好处。这种图表可表达功率级传递函数，但传递函数对于为环路选择合适的补偿元件有很大的作用。
步骤7：分析波德图
在这个测量中，最重要的测量是增益的零dB:穿越频率。该测量数据可提供有关电源带宽的信息和系统的相位裕度。
系统带宽可以被看成是一个由DC增益级和零dB穿越频率的组合。在这个频率下比较通道A和通道B的相位位移时，便可量度出系统的相位裕度。相位裕度可反映出电源的稳定性。根据有关设计的保守程度，相位裕度的最低要求由45度～50度。当然相位裕度大一些更好。
图6表示出一个用网络分析仪绘制的波德图，而测量用的是电流模式降压开关式稳压器。
此外，在波德图中还可找到转换器的极点和零点的频率，这些数据对选择合适的功率级元件和补偿元件很有帮助。
测量发电设备传递函数
除了图1的测量设置外，用来测量进入环路的注入信号的)通道也可连接到如图7所示的电源设计中的补偿接脚。在这个设置中，转换器的传递函数会被测量，而且不会受补偿网络连接到补偿接脚的影响。这测量可以提供有关功率级的宝贵信息。凭着这些信息，我们配合所需的带宽和相位裕度，容易地为转换器选择最合适的补偿元件。
特殊输出级的测量
在本文第一个步骤时已提及在环路上必须找出一个注入节点。并且该节点的一端必须是低阻抗节点，而另一端则必须是高阻抗节点，以便放置注入电阻器和连接电压探针供测量之用。在典型的固定输出电压电源设计中，最佳的信号注入点应介乎输出电压和采样电阻之间。可是，有些设计并不能提供这个点，其中一个例子是用来驱动LED的恒定电流源电源。在这个设计中，我们真正感兴趣的环路是经一连串LED来调节的电流。这电流通过一个高边电流传感器来测量，该传感器可感应LED的电流并把它变换成供回馈节点用的电压。为了要在回馈路径中产生出一个一端是低阻抗而另一端是高阻抗的空间，我们需要在回馈环路中加入一个运算放大器OP1来作为一个缓冲器。这种设置方法的例子有美国国家半导体的LMH6642。假如这放大器所选用的频率高于转换器开关频率的一半时，那在环路上来自这附加级的影响便可减到最小。图8表示出这类环路稳定性测量的设置。
总结
一个真正的网络分析仪能够自动扫描一个注入信号的频率，并且能轻易地计算出通道A和B之间的相位差和增益。不过，测量电源的控制环路其实可使用实验室中的基本设备，例如采用示波器、一个简单的信号发生器和一个廉价的标准变压器。除了有关电源的线路和负载瞬态评估外，在进行这个测量时还可录得其他非常有用的数据，例如电源设计的相位裕度等。当在不同的频率下进行重复的测量后，便可绘制出一个基本的波德图。并且过程中并不需要动用昂贵的设备，就可获得有相对准确的增益计算。
