以數(shù)字LLC電源為例 淺談電源的環(huán)路特性測量

在數(shù)字電源開發(fā)過程中，環(huán)路設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計一個帶寬足夠?qū)挘辔辉６群线m的數(shù)字補償器對電源整體輸出性能非常重要。

在設(shè)計補償器前，通常會對電源進行開環(huán)特性獲取，對于移相全橋，BUCK，BOOST等定頻控制的拓?fù)涠裕碚撏茖?dǎo)可以獲得較為準(zhǔn)確的開環(huán)特性模型，但對于變頻控制的拓?fù)洌缰C振電源LLC，因為其工作頻率為控制量，其環(huán)路模型較難理論計算推導(dǎo)得到。

于這類變頻控制的電源，通常使用相關(guān)的頻譜分析設(shè)備去掃描電源功率級的開環(huán)特性，但頻譜分析設(shè)備目前大部分為進口設(shè)備，價格昂貴，對于小編這種喜歡DIY的人，實在遙不可及。

頻譜分析設(shè)備掃描電源的環(huán)路特性本質(zhì)上是向電源中（控制量上或者輸入量上）疊加各種頻率的擾動信號，并觀察電源在該擾動量下的輸出擾動特性，根據(jù)輸出擾動與注入信號擾動的副值和相位依次描繪出電源的增益曲線與相位曲線。

下面以比較常用的數(shù)字LLC電源為例子，使用示波器與信號發(fā)生器兩種簡單的設(shè)備去測量電源的環(huán)路特性。

1.LLC主電路

如下圖所示為常規(guī)LLC直流電源簡化的硬件架構(gòu)，包括LLC主功率線路，采集線路（差分或分壓）、RC濾波線路，DSP運算。DSP通過采集由差分運放轉(zhuǎn)化而來的輸出電壓量（一階RC濾除線路雜波），經(jīng)數(shù)字環(huán)路產(chǎn)生特定頻率的驅(qū)動信號驅(qū)動LLC的MOS管。

數(shù)字LLC電路架構(gòu)

2. 小信號注入

通過在回路中注入小信號來分析整個回路的環(huán)路特性，注入方法如下圖所示：

小信號注入方法

將差分采樣電路和DSP控制器ADC采集端口的RC電路上斷開，并在 RC電路上注入擾動信號。

注入DSP的信號由直流大信號和交流擾動小信號組成。

直流大信號主要為LLC提供穩(wěn)定的工作點。即交流擾動小信號為0時，DSP采集只采集到直流大信號的電壓值，將其乘以固定的K值，轉(zhuǎn)換成特定的驅(qū)動頻率信號PWM，使LLC工作輸出為特定的工作電壓。

比如LLC電源在輸入400VDC，工作頻率為50kHz時，輸出為48V，直流信號為2V，那么DSP內(nèi)部的公式為50kHz=K*2V，當(dāng)然，這里的kHz和2V在實際的應(yīng)用中為數(shù)字量。

2V的直流大信號由直流電源給定，即在小信號為0的情況下，調(diào)節(jié)直流大信號即可調(diào)節(jié)LLC輸出電壓。

環(huán)路特性分析是基于小信號模型，在直流大信號上疊加由信號發(fā)生器產(chǎn)生的特定頻率與特定幅值的小信號擾動，注入DSP的ADC采樣端口。

DSP采樣會根據(jù)小信號瞬時值的變化而瞬時調(diào)整輸出電壓。

使用示波器獲取注入信號與輸出信號的波形的交流量（環(huán)路分析只基于交流分析），通過對比注入信號（CH2）與輸出信號（CH1）的延時和幅值大小，即可分析整個環(huán)路特性（副值計算增益曲線，延時計算相位）。