開關(guān)電源環(huán)路增益測試

1、用E5061B測試開關(guān)電源的環(huán)路增益本文就開關(guān)電源的基本原理,環(huán)路增益(業(yè)界也叫波特圖測試對儀表的要求,以及具體的測試示例做了簡要的介紹。首先讓我們來看看開關(guān)電源的簡單的工作原理。 上圖是一個開關(guān)電源工作的基本框圖。交流輸入電壓在經(jīng)過噪聲濾波器,整流器/平滑電路和一個低通濾波器后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鬏敵觥Ｈ绾巫屳敵鲭妷罕３趾愣?需要引入一個反饋環(huán)路。其中的一個關(guān)鍵部件是誤差放大器,輸出電壓經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)后輸入到運算放大器的反相端,與正相端的參考電壓相比較。如果輸出電壓過高,這個運算放大器的反相輸入端電壓將高于同相輸入端電壓,從而使運算放大器的輸出為負(fù),降低電源輸出電壓。如果輸出電壓過低則有相反情況發(fā)生。運

2、算放大器兩個輸入端之間的差值被誤差放大器放大后,用來改變脈沖寬度調(diào)制器的脈沖寬度。開關(guān)轉(zhuǎn)換器根據(jù)脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖寬度來改變開關(guān)電源的輸出電壓。 上圖圖說明具體的開關(guān)行為。脈沖寬度調(diào)制器產(chǎn)生脈沖,其占空比隨誤差放大器的輸出改變。圖的右邊表示脈沖寬度調(diào)制器的輸出,左邊表示通過低通濾波器后的輸出電壓。我們可以看到輸出電壓的幅度隨脈沖占空比大小而改變。開關(guān)電源就是通過這樣的一個反饋環(huán)路實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。目前業(yè)界對開關(guān)電源的測試更多的是測試它的帶載能力以及輸出的紋波。也就是說更多的傾向于開關(guān)電源外特性的測試。但是我們從上面可以看出,開關(guān)電源的環(huán)路更需要準(zhǔn)確的評估。環(huán)路是否穩(wěn)定需要有量化的指標(biāo),

3、比如大家所熟知的增益裕量和相位裕量就是衡量開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定的指標(biāo)。環(huán)路增益測量對儀器的要求環(huán)路增益的測試需要用到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,下表給出了其對儀表的要求:對儀器的要求a.頻率范圍從10Hz至50Hz或更多b.窄帶寬c.小的頻率增量d.對數(shù)掃頻e.增益和相位格式f.光標(biāo)功能:至少4個光標(biāo)(每個余量2個光標(biāo)或具有光標(biāo)差值顯示功能g.小功率電平h.具有高阻抗測試能力 E5061B(網(wǎng)絡(luò)分析儀a.頻率范圍:5Hz至3GHzb.中頻帶寬:1Hz至300kHzc.測試點數(shù): 2到1601點數(shù)頻率分辨率:1mHzd.掃頻類型:對數(shù)掃頻e. 格式:對數(shù)幅度和相位f. 光標(biāo):9個光標(biāo)具有光標(biāo)差值功能g. 輸出功

4、率電平:-45dBm至20dBmh. 1M/50內(nèi)部可以切換過去大家一般會用到4395A (10Hz-500MHz去測試開關(guān)電源,由于4395A內(nèi)部沒有50歐/1兆歐的轉(zhuǎn)換,需要外置41802A才能實現(xiàn)測試。DC-DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益對DC-DC轉(zhuǎn)換器/開關(guān)模式電源來說,反饋環(huán)路分析法是評估它們控制環(huán)路電路穩(wěn)定性的一項必要的測試方法。讓我們來練習(xí)如何測試環(huán)路特性。反饋函數(shù)轉(zhuǎn)移函數(shù)的測量, T/R = -A?；镜臏y試原理是:掃頻信號源輸出的信號注入到環(huán)路,下圖中藍(lán)色箭頭所示。網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的接收機R監(jiān)測環(huán)路輸入信號的大小,經(jīng)過環(huán)路輸出的信號進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)儀內(nèi)部的T接收機。二者之比T/R即環(huán)路的增益。也就是

5、信號沿下圖紅色虛線所走的路徑。信號注入裝置可以采用變壓器電阻或者運算放大器的加法電路。 具體的測試連接如下圖:E5061B的LF輸出端的輸出掃頻信號經(jīng)過一個隔離變壓器注入到環(huán)路里面,隔離變壓器主要有兩個作用,第一個作用是保護(hù)儀表?？梢员苊猸h(huán)路的直流信號串入E5061B。另一個作用是阻抗變換,實現(xiàn)匹配。E5061B的LF端口的特性阻抗是50歐,所以在隔離變壓器的次級串了個50歐的電阻R5。需要注意的是:隔離變壓器需要足夠的帶寬,而且在所測試的帶寬范圍內(nèi)阻抗盡量保持在50歐左右。另外,在測試過程中,開關(guān)電源的負(fù)載通常建議在空載,半載和滿載的情況下分別測試環(huán)路增益。 DC-DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益, 步驟

6、 (1如下圖所示,把DUT與直流電源和E5061B相連 DC-DC轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益, 步驟 (2為方便操作,*表示E5061B面板上的硬功能鍵(*表示E5061B的軟功能鍵按如下步驟設(shè)置E5061B:1.Preset (OK 將儀表設(shè)到預(yù)置狀態(tài),2.Meas, (Measurement Port - Gain-Phase, 選擇測試的模式為增益,相位。也就是大家熟悉的波特圖模式。3.Start, 100 Hz, Stop 1 MHz, 根據(jù)自己的需要設(shè)置測試的頻率范圍4.Sweep Setup, (Power, -10 dBm, (Return, (Sweep Type - Log Freq,

7、設(shè)置E5061B的輸出功率,要注意不能設(shè)太高,否則會造成環(huán)路飽和。同時設(shè)置橫軸的掃描為對數(shù)掃描5.Avg, (IFBW Auto - ON, (IFBW Auto Limit, 100 Hz, 設(shè)置E5061B的接收機的中頻帶寬。6.Display, (Num of Traces, 2, (Allocate Traces, x 2, 將顯示分為上下兩個圖。7.按Trace next,激活 trace-1 ,按Format,選(LogMag, 按Trace next,激活trace-2,按Format,選(Phase。設(shè)置直流電源的輸出電壓為+5V(具體電壓大小根據(jù)自己的開關(guān)電源來設(shè)定, 打開DUT(注意增加輸出電壓時不要損壞DUT。 現(xiàn)在你可以在屏幕上看到類似上圖的環(huán)路增益和相位響應(yīng)。按Trace next激活trace-1, 按Marker search (target, (Search Target將搜索的目標(biāo)值設(shè)到0dB, 這時可以看到光標(biāo)會跳到如上圖所示的0dB