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R&S RTM3000示波器在電源環(huán)路響應(yīng)測試中的應(yīng)用


  來源: 電子發(fā)燒友網(wǎng) 時間:2021-03-17 編輯:清風(fēng)
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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(shè)備,由于開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率高,體積小等優(yōu)點(diǎn),在市場中開關(guān)電源也越來越占據(jù)主導(dǎo)位置。在當(dāng)今電子行業(yè)用戶中,幾乎在每家用戶的工作室、實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)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(shè)計(jì)者與生產(chǎn)方關(guān)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(guān)電源控制環(huán)路基本原理


直流電源結(jié)構(gòu)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(shí)際上,直流電源的輸出(圖1中的Vout)電壓會受負(fù)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(fù)責(zé)檢測直流電源的輸出Vout是否穩(wěn)定,一旦輸出電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定,反饋環(huán)路會立即檢測出異常并做出相應(yīng)的反饋給到電源主控電路,電源做出相應(yīng)的調(diào)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(guān)電源反饋環(huán)路響應(yīng)的測試尤其重要。


圖1 – 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖


開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)測試項(xiàng)目


對于開關(guān)電源的反饋環(huán)路性能,要進(jìn)行的測試項(xiàng)如下:


1.幅頻響應(yīng)曲線,如圖2中黑線。

2.相頻響應(yīng)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(diǎn),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(yīng)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(dá)到-180度的頻率處對應(yīng)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(guān)電源反饋環(huán)路響應(yīng)測試幅頻、相頻響應(yīng)曲線


開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)測試方法


要測試開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng),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(diǎn)是在反饋路徑 R1 和 R2 的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)線路上(藍(lán)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(jìn)行電源反饋環(huán)路響應(yīng)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(guān)系,以此測試電源反饋環(huán)路的性能。


圖3- 開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)測試方案圖


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



R&S K36 頻率響應(yīng)分析(波特圖)分析選件介紹


R&S RTx-K36 頻率響應(yīng)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(yīng)分析。它可以測定多種電子設(shè)備的頻率響應(yīng),它除了可以測量開關(guān)電源的控制環(huán)路響應(yīng)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(yīng)分析選件使用示波器的內(nèi)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(shè)備的激勵信號與輸出信號之比,示波器波特圖會以對數(shù)方式顯示增益和相位(如圖4)。

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