原创 直流电源的输出阻抗特性 - 程控电源技术和应用指南（27）

在文章“程控线性电源的工作原理（ http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_16268.HTM ” 和“程控开关电源的工作原理   http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_16279.HTM” 中，我们谈到了程控电源是如何使用反馈电路来控制直流电源的输出电压和电流。 高性能的反馈电路， 有助于帮助直流电源的性能接近于理想的状态， 也就是说，当电源工作再恒压模式下时，其输出阻抗应该是0； 而在恒流模式下时，其输出阻抗应该是无穷大。 但电源内部导线器件上存在着固有阻抗，这就要依赖于这个反馈电路， 赋予电源这种理想的特性。 这也是为什么电源的负载调整率是电源最重要的指标之一，需要进行100% 测量。

如果没有反馈电路的调整，一个的典型直流电源阻抗通常是1到几个欧姆，  我们用Zout（Open loop）来代表这时的输出阻抗。 由于没有反馈电路，由于输出阻抗比较高，我们是不会得到高指标的负载调整率。 然而，当反馈控制放大器提供负反馈， 来修正由于负载引起的输出变化， 其输出阻抗将会发生改变， 我们可以用Zout(closed loop) 代表此时的阻抗值。对于电源恒压模式下输出的阻抗： 

Z_out (closed loop) = Z_out (open loop) / (1+T)

    回路增益 T 是大约等于运算放大器增益乘以电压分压器网络的衰减。 在实际的反馈控制系统中， 放大器的增益相当大，在 DC附近， 可以高达 90 dB。 这可以把DC和低频输出阻抗降到毫欧级，甚至更低， 提供接近理想的负载调整性能。 实际反馈控制系统中的另一个因素， 就是随着输出频率的增加，为了保持输出稳定，就需要使用连续闭环控制增益的方法。 因此，在更高的输出频率下，直流电源恒压模式下工作时， 闭环的增益会下降， 而电源的输出阻抗会增加， 逐渐接近于无反馈电路时的阻抗。 如图一所示的安捷伦 6643A 直流电源输出阻抗随输出频率的变化。

图 1： 安捷伦 6643A 35V，6A 系统直流电源输出阻抗

从上图看出，在恒定工作模式下，6643A 直流电源在 100 Hz 输出频率是， 只是约 1 毫欧姆。 但随着频率的上升，闭环增益下降， 输出阻抗也在发生明显的变化。

在图 1 中， 我们也可以看到， 电源在恒流模式下的反馈控制。 虽然电源在恒压模式下，可以非常接近理想的零输出阻抗； 但在恒流模式下，要让输出阻抗达到理想的无穷大，显然是不现实的。 在 6643A 直流电源的恒流模式下， 输出频率在100Hz之内时，输出阻抗 大约在 10 欧姆， 并随着频率的增加， 阻抗下降。 然而，对于 6643A，随着输出频率的变化，恒流控制回路增益并没有太大的变化，这是因为输出滤波电容也支配着输出阻抗。 因此， 6643A 作为恒流源使用时，同样具备出色的输出电流负载调整率。

充分了解直流电源的输出阻抗，可以帮助我们精确地实现一些高级的测试。例如我们用直流电源模拟电源的纹波， 来测试电路板对纹波的抑制能力。这时，就需要电源在恒压模式下，能够输出一个直流偏置， 并在这个偏置电压上叠加几十到几百赫兹的纹波。在这种情况下，就必须对电源的输出阻抗有所了解，以确保输出电压的精度。

在以后的文章中，我们将谈到如何测量电源的输出阻抗