環路測試

 

開kai關guan電dian源yuan是shi一yi種zhong典dian型xing的de反fan饋kui控kong製zhi係xi統tong，其qi有you響xiang應ying速su度du和he穩wen定ding性xing兩liang個ge重zhong要yao的de指zhi標biao。響xiang應ying速su度du就jiu是shi當dang負fu載zai變bian化hua或huo者zhe輸shu入ru電dian壓ya變bian化hua時shi，電dian源yuan能neng迅xun速su做zuo出chu調tiao整zheng的de速su度du。因yin為wei開kai關guan電dian源yuan的de負fu載zai多duo數shu情qing況kuang下xia都dou是shi數shu字ziIC
，其電流會隨著邏輯功能的變化而變化，比如FPGA在(zai)進(jin)行(xing)配(pei)置(zhi)時(shi)
，電(dian)流(liu)會(hui)增(zeng)大(da)一(yi)倍(bei)以(yi)上(shang)。而(er)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)也(ye)會(hui)有(you)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)波(bo)動(dong)。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)電(dian)源(yuan)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)，不(bu)產(chan)生(sheng)跌(die)落(luo)或(huo)者(zhe)過(guo)衝(chong)，就(jiu)要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)必(bi)須(xu)迅(xun)速(su)做(zuo)出(chu)調(tiao)整(zheng)
，使(shi)得(de)最(zui)終(zhong)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)壓(ya)沒(mei)有(you)變(bian)化(hua)。而(er)電(dian)源(yuan)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)就(jiu)決(jue)定(ding)了(le)電(dian)源(yuan)的(de)調(tiao)整(zheng)速(su)度(du)。

 

由you於yu電dian源yuan加jia入ru了le反fan饋kui係xi統tong，就jiu可ke能neng發fa生sheng震zhen蕩dang。如ru果guo電dian源yuan係xi統tong的de參can數shu沒mei有you設she置zhi好hao，就jiu會hui產chan生sheng震zhen蕩dang
，結jie果guo就jiu是shi電dian壓ya上shang會hui被bei疊die加jia一yi個ge固gu定ding頻pin率lv的de波bo動dong。導dao致zhi電dian源yuan不bu穩wen定ding。

 

開關電源如下圖所示：

 

圖1 開關電源調試

 

從cong開kai關guan電dian源yuan的de框kuang圖tu中zhong可ke以yi看kan出chu
，該gai係xi統tong是shi通tong過guo一yi個ge反fan饋kui電dian路lu
，將jiang最zui終zhong輸shu出chu的de變bian化hua反fan饋kui給gei比bi例li電dian路lu
，經jing過guo比bi例li電dian路lu的de等deng比bi例li衰shuai減jian，輸shu入ru到dao誤wu差cha放fang大da器qi中zhong。而er後hou誤wu差cha放fang大da器qi通tong過guo比bi較jiao該gai信xin號hao和he內nei部bu參can考kao信xin號hao的de差cha異yi


，來lai驅qu動dong後hou級ji脈mai寬kuan調tiao製zhi器qi等deng一yi係xi列lie的de輸shu出chu環huan節jie
，最zui終zhong與yu幹gan擾rao信xin號hao相xiang互hu抵di消xiao

，從cong而er保bao證zheng電dian源yuan的de穩wen定ding。

 

那na應ying該gai如ru何he測ce量liang出chu電dian源yuan的de響xiang應ying速su度du和he穩wen定ding性xing呢ne，在zai早zao期qi的de調tiao試shi中zhong，大da家jia會hui使shi用yong一yi個ge可ke變bian的de電dian子zi負fu載zai來lai進jin行xing測ce試shi
，但dan是shi由you於yu現xian在zai的de電dian子zi負fu載zai的de變bian化hua頻pin率lv遠yuan遠yuan低di於yu開kai關guan電dian源yuan的de開kai關guan頻pin率lv
，該gai方fang法fa逐zhu漸jian的de不bu被bei大da家jia所suo使shi用yong。目mu前qian比bi較jiao常chang見jian的de測ce試shi方fang式shi就jiu是shi環huan路lu測ce試shi法fa。環huan路lu測ce試shi法fa就jiu是shi向xiang反fan饋kui回hui路lu中zhong注zhu入ru一yi個ge個ge單dan一yi頻pin率lv的de正zheng弦xian波bo序xu列lie信xin號hao，然ran後hou根gen據ju電dian源yuan係xi統tong的de輸shu出chu情qing況kuang來lai判pan斷duan其qi對dui各ge個ge頻pin率lv幹gan擾rao的de調tiao整zheng能neng力li。其qi環huan路lu響xiang應ying的deGain越高，就說明電源對該頻段的抗幹擾能力越強。

 

環路測試框圖如下所示：

 

圖2 環路測試框圖

 

congshangtukeyikanchu，huanluceshishijishangshijiangganraoxinhaotongguofankuidianluzhurudaowuchafangdaqizhong，erhouzhakanwuchafangdaqijiahoujishuchuhuanjiedejilianxiangying。wuchafangdaqidexiangyingshijishangjiushigaiwuchafangdaqidekaihuanzengyi。suoyihuanludegenbenmuderuxiatusuoshi：

 

圖3 環路測試根本目的

 

隨著一個個頻率信號的掃描，最終將各個頻道的環路增益繪製在一張圖上，就會得到一幅很直觀的頻域特性圖。

 

最終環路特性曲線如下圖所示：

 

圖4 環路相應曲線

 

根據這張圖
，我們就可以判斷電源設計是否穩定，是否有優化的空間。曲線的穩定性判定標準如下：

 

● 穿越頻率：建議為開關頻率的5%到20%
，過高則不穩定，過低則響應速度過慢。

● 相位裕度：要求一定要大於45°
，建議45°到80°。

● 穿越斜率（0dB附近）：要求為單極點穿越，一般是要求穿越斜率在-1左右，即-20db/每十倍頻。

● 增益裕度：建議大於10dB。

 

幹擾信號注入原理

 

幹擾信號具體要如何注入到誤差放大器呢

，誤差放大器的開環增益都非常大
，都有60db左右。那麼為了不使誤差放大器輸出飽和，輸入信號必須在-50dbm左右
，大概2mv左zuo右you，這zhe個ge信xin號hao幅fu度du太tai小xiao，產chan生sheng過guo於yu困kun難nan
，一yi般ban的de電dian磁ci噪zao聲sheng信xin號hao都dou要yao高gao過guo這zhe個ge信xin號hao的de幅fu度du。顯xian然ran這zhe樣yang直zhi接jie注zhu入ru是shi不bu可ke行xing的de。為wei了le能neng夠gou成cheng功gong注zhu入ru幹gan擾rao信xin號hao，我wo們men需xu要yao利li用yong反fan饋kui來lai進jin行xing。

 

想要闡述明白幹擾信號的輸入方式，必須先對反饋做一下說明。

 

什shen麼me是shi反fan饋kui？除chu了le數shu學xue公gong式shi，這zhe個ge概gai念nian比bi較jiao難nan描miao述shu
，大da家jia可ke以yi思si考kao一yi個ge小xiao時shi候hou經jing常chang玩wan的de倒dao立li擺bai
，眼yan睛jing，大da腦nao，手shou形xing成cheng了le一yi個ge反fan饋kui係xi統tong。眼yan睛jing會hui根gen據ju木mu棍gun的de擺bai動dong情qing況kuang反fan饋kui給gei大da腦nao
，大da腦nao再zai控kong製zhi手shou來lai進jin行xing移yi動dong，從cong而er保bao持chi木mu棍gun的de直zhi立li不bu倒dao。如ru下xia圖tu所suo示shi：

 

圖5 倒立擺示意圖

 

這(zhe)個(ge)係(xi)統(tong)就(jiu)是(shi)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)反(fan)饋(kui)係(xi)統(tong)，眼(yan)睛(jing)對(dui)應(ying)的(de)就(jiu)是(shi)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)和(he)比(bi)例(li)電(dian)路(lu)
，大(da)腦(nao)對(dui)應(ying)的(de)就(jiu)是(shi)放(fang)大(da)器(qi)

，神(shen)經(jing)和(he)手(shou)對(dui)應(ying)的(de)就(jiu)是(shi)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)器(qi)等(deng)輸(shu)出(chu)後(hou)級(ji)。

 

試(shi)想(xiang)我(wo)們(men)給(gei)上(shang)麵(mian)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)眼(yan)睛(jing)與(yu)木(mu)棒(bang)之(zhi)間(jian)加(jia)入(ru)一(yi)個(ge)濾(lv)鏡(jing)

，該(gai)濾(lv)鏡(jing)的(de)唯(wei)一(yi)作(zuo)用(yong)就(jiu)是(shi)讓(rang)木(mu)棒(bang)的(de)圖(tu)像(xiang)按(an)固(gu)定(ding)的(de)頻(pin)率(lv)左(zuo)右(you)搖(yao)擺(bai)。眼(yan)睛(jing)接(jie)受(shou)到(dao)這(zhe)個(ge)擺(bai)動(dong)的(de)景(jing)象(xiang)後(hou)，發(fa)送(song)信(xin)號(hao)給(gei)大(da)腦(nao)，為(wei)了(le)保(bao)持(chi)平(ping)衡(heng)，大(da)腦(nao)開(kai)始(shi)操(cao)作(zuo)手(shou)也(ye)左(zuo)右(you)搖(yao)擺(bai)。最(zui)終(zhong)在(zai)濾(lv)鏡(jing)後(hou)的(de)景(jing)象(xiang)中(zhong)看(kan)上(shang)去(qu)木(mu)棒(bang)已(yi)經(jing)是(shi)在(zai)一(yi)個(ge)很(hen)小(xiao)的(de)幅(fu)度(du)內(nei)擺(bai)動(dong)，而(er)實(shi)際(ji)上(shang)的(de)木(mu)棒(bang)卻(que)是(shi)在(zai)左(zuo)右(you)擺(bai)動(dong)，其(qi)擺(bai)動(dong)正(zheng)好(hao)抵(di)消(xiao)濾(lv)鏡(jing)產(chan)生(sheng)的(de)作(zuo)用(yong)。實(shi)際(ji)木(mu)棍(gun)的(de)擺(bai)幅(fu)與(yu)景(jing)象(xiang)中(zhong)的(de)小(xiao)擺(bai)幅(fu)的(de)比(bi)例(li)，就(jiu)是(shi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)調(tiao)節(jie)能(neng)力(li)了(le)。

 

圖6 加入濾鏡的倒立擺係統

 

如(ru)果(guo)理(li)解(jie)了(le)上(shang)麵(mian)的(de)假(jia)想(xiang)實(shi)驗(yan)，就(jiu)應(ying)該(gai)明(ming)白(bai)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)將(jiang)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)和(he)比(bi)例(li)電(dian)路(lu)斷(duan)開(kai)
，將(jiang)信(xin)號(hao)串(chuan)入(ru)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)和(he)比(bi)例(li)電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)
，就(jiu)像(xiang)那(na)個(ge)濾(lv)鏡(jing)。注(zhu)入(ru)源(yuan)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)，將(jiang)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)變(bian)成(cheng)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)，在(zai)注(zhu)入(ru)電(dian)阻(zu)兩(liang)端(duan)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)壓(ya)差(cha)Vfg
，而由於運放負反饋的虛短特性，此時誤差放大器會通過輸出來盡量調節使得運放正負端的電壓相等。這樣就會最終在輸出級產生一個△Vout
，用來抵消注入電阻兩端的格外壓差Vfg。如果誤差放大器開環增益無限大的話
，Vfg則會與△Vout完全相等。但是由於誤差放大器開環增益是有限的

，就會最終導致產生一個△Vin，△Vin = Vfg - △Vout。而△Vin和△Vout的比例，就是整個環路的增益了。具體電路如下圖所示：

 

圖7 環路測試注入方式

 

注入點如何選擇

 

選(xuan)擇(ze)注(zhu)入(ru)點(dian)，有(you)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)，對(dui)於(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)就(jiu)是(shi)找(zhao)設(she)計(ji)電(dian)路(lu)時(shi)
，用(yong)來(lai)計(ji)算(suan)電(dian)壓(ya)的(de)那(na)兩(liang)個(ge)電(dian)阻(zu)。設(she)計(ji)電(dian)路(lu)時(shi)是(shi)按(an)哪(na)個(ge)電(dian)阻(zu)來(lai)調(tiao)整(zheng)輸(shu)出(chu)的(de)
，就(jiu)加(jia)到(dao)哪(na)個(ge)電(dian)阻(zu)上(shang)。對(dui)於(yu)電(dian)流(liu)源(yuan)，也(ye)與(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)大(da)致(zhi)相(xiang)同(tong)
，不(bu)過(guo)電(dian)流(liu)源(yuan)中(zhong)一(yi)般(ban)是(shi)沒(mei)有(you)R1或者R2
，隻要將注入電阻放在反饋電電路之後就可以了。

 

以下是幾種典型電路的注入點實例。

 

1
、非隔離電壓環路：

 

圖8 非隔離電壓環路注入方式示意圖

 

2
、隔離電壓環路：

 

圖9 隔離電壓環路注入方式示意圖

 

3、隔離電流環路：

 

圖10 隔離電流環路注入方式示意圖

 

總結

 

電dian源yuan環huan路lu測ce試shi可ke以yi清qing晰xi準zhun確que的de測ce試shi出chu開kai關guan電dian源yuan的de穩wen定ding性xing和he響xiang應ying速su度du，對dui電dian源yuan設she計ji有you很hen重zhong要yao的de意yi義yi。測ce試shi方fang法fa也ye相xiang對dui簡jian單dan。但dan是shi實shi際ji測ce試shi中zhong

，由you於yu開kai關guan電dian源yuan係xi統tong會hui產chan生sheng大da量liang的de諧xie波bo，這zhe些xie諧xie波bo會hui嚴yan重zhong影ying響xiang最zui終zhong測ce試shi結jie果guo
，所suo以yi一yi般ban的de示shi波bo器qi是shi無wu法fa得de到dao比bi較jiao準zhun確que的de結jie果guo。而erZDS4000示波器采用先進的FFT和FIR功能，將諧波的幹擾降低到最小，同時大大提高了環路曲線的分辨率和準確性。其效果不遜色與專業的電源環路測試儀。

 

文章來源於 ZLG立功科技一致遠電子

 

 

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