前言

電子測試自始以來，直流電源都是測試測量中非常重要的設備，由于開關電源的轉換效率高，體積小等優(yōu)點，在市場中開關電源也越來越占據主導位置。在當今電子行業(yè)用戶中，幾乎在每家用戶的工作室、實驗室和生產車間等都可以看到直流電源的身影。與此同時，對于直流電源的測試，也一直是電源的設計者與生產方關心的問題，直流電源的穩(wěn)定輸出能力，也是用戶選擇一款電源最最基本的能力之一。

開關電源控制環(huán)路基本原理

直流電源結構可以分為兩部分，一部分是輸出部分，另一部分是反饋環(huán)路部分(圖1中紅框部分)，理想的輸出部分只會輸出直流信號，實際上，直流電源的輸出（圖1中的Vout）電壓會受負載變化、輸入電壓變化、溫度變化等因素的影響而不穩(wěn)定。

直流電源的反饋環(huán)路負責檢測直流電源的輸出Vout是否穩(wěn)定，一旦輸出電壓出現不穩(wěn)定，反饋環(huán)路會立即檢測出異常并做出相應的反饋給到電源主控電路，電源做出相應的調整以保持穩(wěn)定的電壓輸出。因此，反饋環(huán)路的好壞直接影響電源平穩(wěn)輸出的能力，所以對于開關電源反饋環(huán)路響應的測試尤其重要。

圖1 – 開關電源結構框圖

開關電源控制環(huán)路響應測試項目

對于開關電源的反饋環(huán)路性能，要進行的測試項如下：

1.幅頻響應曲線，如圖2中黑線。

2.相頻響應曲線，如圖2中紅線。

3.穿越頻率(Crossover frequency)：幅頻曲線穿越0dB處的頻率點，圖2中為6.5kHz

4.相位裕量(Phase margin)：相頻曲線在穿越頻率處的相位和-180度之間的相位差，圖2中為92°。

相位裕量表示電源系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件下所能承受的最大最大相位擾動，相位裕量越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定，但同時時間響應速度減慢，因此必須要有一個比較合適的相位裕量。

5.增益裕量(Gain margin)：幅頻曲線在相頻曲線達到-180度的頻率處對應的增益，圖2中為67dB。

增益裕量表示控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件下所能承受的最大增益擾動。

圖2- 開關電源反饋環(huán)路響應測試幅頻、相頻響應曲線

開關電源控制環(huán)路響應測試方法

要測試開關電源控制環(huán)路響應，需要在反饋環(huán)路中人為注入一個誤差信號，通過測試該干擾信號對直流電源反饋環(huán)路的影響，以此來測試電源反饋環(huán)路的性能。

如圖3所示，理想的誤差信號注入點是在反饋路徑 R1 和 R2 的電阻分壓器網絡線路上（藍色5Ω電阻處），在此人為串入的5Ω電阻阻抗和反饋環(huán)路中原有的R1和R2相比微乎其微，所以幾乎對原始反饋環(huán)路的工作不會造成影響，用戶甚至可以永久保留此5Ω測試方便日后測試。

進行電源反饋環(huán)路響應測試需要在5Ω電阻兩端加入誤差信號，并檢測5Ω電阻兩端信號的變化與關系，以此測試電源反饋環(huán)路的性能。

圖3- 開關電源控制環(huán)路響應測試方案圖

羅德與施瓦茨（R&S）電源反饋環(huán)路響應測試方案與優(yōu)點：

R&S K36 頻率響應分析（波特圖）分析選件介紹

R&S RTx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件可以輕松快速地在示波器上執(zhí)行低頻響應分析。它可以測定多種電子設備的頻率響應，它除了可以測量開關電源的控制環(huán)路響應和電源抑制比之外，還可以測量無源濾波器和放大器電路。頻率響應分析選件使用示波器的內置波形發(fā)生器生成 10 Hz-25 MHz 的激勵信號。通過測量每個測試頻率下被測設備的激勵信號與輸出信號之比，示波器波特圖會以對數方式顯示增益和相位（如圖4）。

R&S RTx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件適用于傳統(tǒng)電源測試用戶、有特殊測試需求的電子廠商用戶以及大學、高校研究所等。

優(yōu)點

操作簡單，測試高效。

測試準確。

集成于示波器中，集成度高。

成本低。

亮點

信號源幅度設置：允許用戶設置信號源的輸出幅度；對于環(huán)路響應測試時抑制被測件的的噪聲，很有幫助。

提升分辨率：示波器支持放大功能查看曲線細節(jié)，提升分辨率。

支持光標Marker：可以使用光標Marker功能快速讀取樣點值。

顯示結果表：示波器以表格形式清晰的顯示出測量結果，并且可保存。

圖4-R&S RTM3000示波器開關電源反饋環(huán)路響應測試截圖