无反馈电阻接入点时的电源环路响应测量方法

在电源稳定性评估中，环路增益的波特图分析是判断相位裕量（PM）与增益裕量（GM）的黄金标准。通常，工程师会在输出电压（VOUT）与反馈分压器顶部电阻（R_TOP）之间插入一个小阻值注入电阻（如5–10 Ω），通过网络分析仪在该点注入小信号扰动，并测量反馈环路的频率响应。然而，当电源模块采用封装内集成反馈电阻（如ADI的µModule®器件）或使用输出检测引脚（VOSNS）替代传统分压器时，该注入点不可达，常规测量方法失效。

本文针对两类典型场景提供可行的替代方案：

顶部反馈电阻封装在模块内部（如LTM8074）；

采用VOSNS引脚与基准电流源调节输出（如LTM4702，无传统R_TOP）。

为何无法使用常规注入法？

在传统降压稳压器中，反馈网络由R_TOP与R_BOT组成，VFB = VOUT × R_BOT / (R_TOP + R_BOT)。注入点位于R_TOP与VOUT之间，扰动信号可有效耦合进控制环路。但许多现代电源模块（尤其是µModule）将R_TOP集成于封装内，既节省PCB空间，又防止因外部连接错误导致输出过压（例如R_TOP开路时VOUT可能飙升至VIN）。此时，VOUT与反馈网络之间无电气接入点，物理注入不可行。

更复杂的是，部分模块（如LTM4702）采用电流基准型反馈架构：VOSNS引脚通过采样电流与内部基准比较，无需外部电阻分压。此类设计彻底消除了R_TOP，传统注入法失去理论基础。

替代方案：基于负载瞬态响应的带宽估算

当无法获取波特图时，负载瞬态响应测试成为评估环路稳定性的主要手段。方法如下：

1. 在输出端施加一个快速阶跃负载（如从10%到90%额定电流）；

2. 测量输出电压的恢复时间 $t_r$tr（从负载跳变到VOUT开始回稳的时间）；

3. 估算环路带宽：

4. 

例如，若$t_r=4\mu s$tr=4 μs，则$f_{BW}\approx 80\text{ kHz}$fBW≈80 kHz。虽然此方法无法直接给出相位裕量，但带宽与瞬态过冲/振铃程度可间接反映稳定性：过冲小、无振荡通常意味着PM > 45°。

高级替代：间接注入与仿真辅助

对于支持外部补偿的模块，可尝试以下方法：

在补偿网络注入：若模块提供COMP引脚，可在误差放大器输出端注入信号，绕过反馈电阻限制；

使用电压扰动法：在VOUT端叠加小幅度交流扰动（需隔离DC），通过测量反馈引脚（如VFB或VOSNS）响应反推环路增益，但需谨慎处理共模干扰；

结合SPICE模型仿真：利用厂商提供的高精度仿真模型，在虚拟环境中复现环路响应，辅助设计验证。

工程建议

优先选择支持环路测试的器件：在选型阶段关注是否提供测试点或补偿引脚；

瞬态测试标准化：使用快速电子负载（上升时间 < 1 µs），确保测试结果可复现；

综合判断稳定性：结合瞬态响应、输出阻抗测量与长期老化测试，弥补无波特图的不足。

在高度集成的电源模块时代，环路测量的物理限制日益突出。工程师需灵活运用间接方法，在无法“直接看环路”的情况下，依然能可靠评估系统稳定性。

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