與白熾光源相比，發光二極管 (LED) 具有許多優勢，因此在所有適合使用 LED 的條件下，它們不可避免地會迅速開始主導照明技術。主要優點是功耗更低、壽命更長，以及更穩健、更小、更快的開關。缺點是需要支持電子電路以提供穩壓直流電源，這會增加復雜性和組件。雖然白熾燈可以從任何東西產生光——交流或直流，電壓從很低到很高，對尖峰和波動有很大的容忍度——但 LED 需要一個穩定的、穩壓的、低壓直流電流源和最佳電流水平。LED 驅動器是一個電流調節器，

根據可用的電源，需要 AC/DC 轉換器或 DC/DC 轉換器——通常是某種形式的開關模式電源。開關電源作為一種高頻開關器件，本質上是一個重要的潛在不穩定源。對于 LED 驅動器而言，穩定性尤為重要，因為任何不需要的電流波動都會在 LED 產生的光中出現不需要的波動時迅速顯現。因此，測試開關電源的穩定性是 LED 驅動器開發中的一項基本任務。因此，選擇合適的測試方法很重要。

許多電子設備將使用 DC/DC 降壓轉換器下變頻到所需的電源電壓，根據參考電壓調節輸出電壓。示波器是電路開發和調試的標準工具;如果示波器僅限于時域測量，則嘗試測量轉換器穩定性的一種方法是針對時間測試負載階躍響應。設置有問題：為了準確測試，步驟的上升和下降時間需要非常快，并且負載生成器必須相應地快速切換。即使負載生成器本身的性能足以完成任務，負載生成器的輸入也需要非常接近轉換器的輸出，以防止在軌中產生寄生效應;在很多情況下，電路布局的限制將使得在物理上不可能足夠接近地輸入負載。原則上，降壓轉換器需要一個精確的參考電壓來維持恒定的輸出電壓，因為電流隨著負載的變化而上升和下降(見 圖 1)。雖然調節環路提供從輸出電流到參考源的反饋，但調節程度有其限制。

圖 1：具有標稱 1.2V 電位差的 DC 軌負載階躍響應的電流(左)和電壓(右)。盡管有反饋回路，但電壓會隨著負載的增加和減少而下降并達到峰值;這些電壓變化是不可避免的。

事實上，除了難以測量負載階躍響應之外，還有一個更根本的問題。測量的目的是研究轉換器的穩定性;負載階躍測試的結果不提供有關可用裕量的任何信息。但是，必須知道裕量的大小才能評估穩定性。

幸運的是，存在另一種穩定性測試方法，并將在頻域中執行。對于有意義的閉環測量，需要具有頻域功能的示波器。為了使閉環測量成為可能，必須將誤差信號(誤差電壓)添加到回路中以表示輸入電壓。只要加入的注入電阻很小，與反饋回路的輸入阻抗相比，其對電壓的影響就可以忽略不計。

必須仔細選擇注入點，因為它不應影響直流工作點。輸出探頭需要低阻抗路徑，輸入探頭需要高阻抗路徑。示波器的頻率響應分析儀測量兩個電壓并計算增益和相位的電壓比，無需使用昂貴的差分探頭。

為進行測量，示波器波形發生器以增加的頻率掃描正弦波形。波形通過注入變壓器輸出，在反饋回路中加入注入電阻引起誤差電壓( 見圖2)。

圖 2：注入電阻器 R injection 提供誤差電壓源。

波特圖( 見圖 3) 是研究開關模式電源的控制回路響應的首選分析工具，同時顯示以分貝為單位的增益和以度為單位的相移，適用于一系列測試頻率。波德圖提供有關環路性能(調節速度)以及系統與不穩定性的接近程度的信息。使用波特圖來分析頻率響應。通過將增益跨越 0-dB 閾值的頻率與相位進行比較，相位裕度顯示在系統進入不穩定行為之前還剩下多少相位裕度。相位裕度在相位圖中的交叉頻率處確定。

圖 3：波特圖。環路的帶寬是多少?(這是由交叉頻率決定的。)相位裕度有多大?增益裕度有多大?

如果示波器具有必要的功能，則會測量回路的輸出信號和輸入信號，并計算每個頻率的電源增益和相位，并將其作為波德圖顯示在示波器屏幕上(參見 圖 4)。

圖 4：R&S RTA4004 示波器上的波特圖顯示，藍色顯示增益，橙色顯示相位。標記 1 處于交叉頻率。

如圖 4所示的初始結果 似乎顯示出極好的穩定性。在接近 1 kHz 的交叉頻率處(標記顯示在 1.05 kHz 處的增益為 –0.04 dB)，相位裕度為 86.3。–32 dB 的增益裕度在相位圖中確定，如標記 2 所示;相位和增益完全在經驗法則之內。但是，缺少一條經驗法則：交叉頻率應約為轉換器開關頻率的 5% 至 10%。由于轉換器的開關頻率為 350 kHz，因此交叉頻率應在 17.5–35 kHz 范圍內，但為 1 kHz。出了什么問題?

對設置的仔細檢查表明，探測點沒有被很好地選擇( 見圖 5)。不僅要測量轉換器環路響應，還要測量 LED 的影響，這會將器件的滿負載添加到電路中。

圖 5：連接 A 點的輸入(參考)探頭和 B 點的輸出(感測)探頭包括反饋電路、功率級和來自 LED 的負載。

取而代之的是，重新定位輸出(感測)探頭以在回路中包含轉換器但不包含 LED 負載，如圖 6所示 。

圖 6：使用 A 點的輸入(參考)探頭和 B 點的輸出(感測)探頭，只采集來自反饋回路(包括轉換器)的信號。仍然滿足輸入阻抗大于輸出阻抗的關鍵要求。

圖 7：相同的電路，現在在沒有 LED 負載的情況下進行測量。結果不再那么出色而是現實;相位裕度 = 38.4?，增益裕度 = –6.6 dB，交叉頻率 = 14 kHz，滿足所有經驗法則。

正如 圖7 所示，只有轉換器電路和點A和B之間的補償器，測量在探測點確保了變化。這個轉換器有多穩定?環路變得不穩定之前的相位裕度為 38.4°。在電源無法提供更多增益之前，增益裕度為 –6.6 dB，14 kHz 的交叉頻率小于工作頻率的 10%。這些值是否可接受取決于電源所針對的 LED 設備的要求。

為確保測量的有效性，只有通過仔細選擇探測點將 LED 負載排除在測量之外，才有可能使用電壓源轉換器規則測試開關模式電源的穩定性。LED 燈串可以隱藏潛在的電源穩定性問題。最后但并非最不重要的是，LED 是一種非線性設備，負載會發生變化，例如使用 PWM 調光方法時。必須在不同的輸出電流下重復測量。

　　審核編輯：湯梓紅