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

 

從(cong)上(shang)圖(tu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)
，環(huan)路(lu)測(ce)試(shi)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)將(jiang)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)注(zhu)入(ru)到(dao)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)中(zhong)
，而(er)後(hou)查(zha)看(kan)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)加(jia)後(hou)級(ji)輸(shu)出(chu)環(huan)節(jie)的(de)級(ji)聯(lian)響(xiang)應(ying)。誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)的(de)響(xiang)應(ying)實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)該(gai)誤(wu)差(cha)放(fang)大(da)器(qi)的(de)開(kai)環(huan)增(zeng)益(yi)。所(suo)以(yi)環(huan)路(lu)的(de)根(gen)本(ben)目(mu)的(de)如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)：

 

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。

 

shixiangwomengeishangmianxitongzhongdeyanjingyumubangzhijianjiaruyigelvjing，gailvjingdeweiyizuoyongjiushirangmubangdetuxiangangudingdepinlvzuoyouyaobai。yanjingjieshoudaozhegebaidongdejingxianghou，fasongxinhaogeidanao，weilebaochipingheng，danaokaishicaozuoshouyezuoyouyaobai。zuizhongzailvjinghoudejingxiangzhongkanshangqumubangyijingshizaiyigehenxiaodefuduneibaidong
，ershijishangdemubangqueshizaizuoyoubaidong，qibaidongzhenghaodixiaolvjingchanshengdezuoyong。shijimugundebaifuyujingxiangzhongdexiaobaifudebili，jiushizhenggexitongdetiaojienenglile。

 

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

 

xuanzezhurudian
，youyigebijiaojiandandefangfa，duiyudianyayuanjiushizhaoshejidianlushi

，yonglaijisuandianyadenalianggedianzu。shejidianlushishiannagedianzulaitiaozhengshuchude，jiujiadaonagedianzushang。duiyudianliuyuan，yeyudianyayuandazhixiangtong，buguodianliuyuanzhongyibanshimeiyouR1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

 

dianyuanhuanluceshikeyiqingxizhunquedeceshichukaiguandianyuandewendingxinghexiangyingsudu
，duidianyuanshejiyouhenzhongyaodeyiyi。ceshifangfayexiangduijiandan。danshishijiceshizhong，youyukaiguandianyuanxitonghuichanshengdaliangdexiebo，zhexiexiebohuiyanzhongyingxiangzuizhongceshijieguo
，suoyiyibandeshiboqishiwufadedaobijiaozhunquedejieguo。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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