環(huán)路補償設(shè)計一直是開關(guān)電源行業(yè)的一個大問題。新手工程師在學(xué)習(xí)或調(diào)試環(huán)路設(shè)計時總是覺得無法開始,甚至大多數(shù)高級電源設(shè)計工程師對環(huán)路補償知之甚少。
主要原因是大多數(shù)工程師從未進行過實際的開關(guān)電源環(huán)路響應(yīng)測試(包括增益曲線和相位曲線)。
當(dāng)然,可以通過理論計算或軟件模擬環(huán)路穩(wěn)定性的相關(guān)性能指標(biāo),但由于其計算復(fù)雜、準(zhǔn)確性低,實際應(yīng)用有限。
大多數(shù)經(jīng)驗豐富的工程師根據(jù)產(chǎn)品輸出性能指標(biāo)(如負(fù)載動態(tài)響應(yīng)、產(chǎn)品噪聲等)推動環(huán)路特性,嘗試不同的補償方法,最后通過輸出性能測試結(jié)果是否有效。
然而,這種方法的使用會導(dǎo)致很多問題。首先,沒有辦法根據(jù)實際的環(huán)路增益曲線進行有針對性的整改對策,這將浪費大量的時間嘗試不同的整改方法,甚至導(dǎo)致項目無法如期完成。
相位裕度是否出性能指標(biāo)來判斷相位裕度是否合適,從而不能保證設(shè)計產(chǎn)品的可靠性。
另一個例子是,沒有實際的環(huán)路測試。每次修改補償后,無法了解增益曲線和相位曲線的實際變化,難以通過實際戰(zhàn)斗提高對環(huán)路補償?shù)睦斫?,使許多高級工程師對環(huán)路補償設(shè)計的基本原則一無所知。
環(huán)路響應(yīng)測試非常重要。為什么電力行業(yè)的許多公司不進行環(huán)路響應(yīng)測試?主要原因是傳統(tǒng)的環(huán)路響應(yīng)測試設(shè)備(網(wǎng)絡(luò)分析儀)價格昂貴,電力行業(yè)的利用率很低。
基于以上問題,今天我將介紹市場上最新穎、最經(jīng)濟的環(huán)路響應(yīng)測試方案——基于示波器的電源環(huán)路響應(yīng)測試方案。
1、測試原理圖。
1.斷開分壓電阻和輸出電壓,串入5-50ohm注入電阻;
2.通過隔離變壓器將示波器波形發(fā)生器連接到注入電阻的兩端;
3.測量注入電阻上端到地電壓(輸出電壓)和注入電阻下端到地電壓(傳輸功能的Vin);
4.開關(guān)電源增益和相位曲線可通過自帶環(huán)路響應(yīng)測試軟件進行自動測試。
二、測試結(jié)果分析與判斷依據(jù)
a. 穿越頻率(增益為0dB時對應(yīng)的頻率):建議為開關(guān)頻率的5%--20%
b. 相位裕度(增益為0dB時對應(yīng)的相位):要求一定要大于45°,建議45°-- 80°
c. 穿越斜率(0dB附近):要求為單極點穿越(-20dB每十倍頻斜率穿越0dB)
d. 增益裕度(相位為0°時對應(yīng)的增益): 建議小于 -10dB
e. 增益衰減(開關(guān)頻率對應(yīng)的增益):建議值小于 -20dB
三、單頻率點測試模式
除了測試簡單,價格便宜,利用率高之外,示波器環(huán)路響應(yīng)測試方案還提供單頻率點測試(時域波形觀察)功能,利用單頻率點測試,可以輕易地判斷出注入電壓設(shè)置是否合理。
是否因為注入電壓過大造成失真,這是其他任何環(huán)路響應(yīng)測試方案都不具備的優(yōu)點。
執(zhí)行穿越頻率對應(yīng)的單點測試,注入信號與輸出信號幅值相等,增益為0dB, 信號沒有失真。
當(dāng)注入電壓設(shè)置過大時,利用示波器方案可以輕易判斷出信號是否失真,如上圖,同樣頻率下如果信號失真則增益不為0dB,會造成測試結(jié)果不對。
四、和網(wǎng)絡(luò)分析儀測試結(jié)果對比
在穿越頻率附近,注入信號和輸出信號幅值一般都有幾十mV, 示波器測量精度完全可以信任,下圖是示波器和最傳統(tǒng)的環(huán)路響應(yīng)測試設(shè)備網(wǎng)絡(luò)分析儀測試結(jié)果對比,兩者的測試結(jié)果幾乎沒有區(qū)別。