基于示波器的電源環(huán)路響應測試方案

環(huán)路補償設計一直是開關電源行業(yè)的一大難題，新手工程師在學習或者調試環(huán)路設計時總感覺無從下手，甚至大部分資深的電源設計工程師都對環(huán)路補償一知半解。

究其原因主要是因為大部分工程師從來沒有進行過實際的開關電源環(huán)路響應測試（包括增益曲線與相位曲線）。

當然環(huán)路穩(wěn)定性的相關性能指標可以通過理論計算或者軟件仿真，但是因為其計算復雜并且準確度不高，造成實際應用有限。

大多數(shù)有經(jīng)驗的工程師都是基于其產(chǎn)品輸出性能指標（比如負載動態(tài)響應，產(chǎn)品噪聲等）來反推環(huán)路特性，在環(huán)路穩(wěn)定性出現(xiàn)問題時去嘗試不同的補償方法，最后再通過輸出性能測試結果是否改善來判斷所用補償方法是否有效。

但是使用這種方法會造成很多問題，首先是沒辦法根據(jù)實際的環(huán)路增益曲線做針對性整改對策，會浪費很多時間去嘗試不同的整改方法，甚至造成項目無法如期完工。

還有無法通過輸出性能指標來判斷相位裕度是否合適，這樣就無法確保所設計產(chǎn)品的可靠性。

再比如沒有實際的環(huán)路測試，每次修改補償之后無法得知增益曲線及相位曲線的實際變化，這樣就很難通過實戰(zhàn)提高自己對環(huán)路補償?shù)睦斫?，以至于很多資深工程師對環(huán)路補償設計身經(jīng)百戰(zhàn)卻對其基本原理一竅不通。

環(huán)路響應測試如此重要，為什么電源行業(yè)很多公司都不進行環(huán)路響應測試呢？究其原因，主要是因為傳統(tǒng)的環(huán)路響應測試設備（網(wǎng)絡分析儀）價格昂貴，并且針對電源行業(yè)來說，該設備的利用率非常的低。

基于上述問題，今天我將給大家介紹目前市場上最新穎最經(jīng)濟的環(huán)路響應測試方案--基于示波器的電源環(huán)路響應測試方案。

測試原理圖

1. 把分壓電阻和輸出電壓斷開，串入一個5-50ohm注入電阻；

2. 利用示波器波形發(fā)生器，經(jīng)過隔離變壓器連接到注入電阻兩端；

3. 示波器兩個通道分別測量注入電阻上端到地電壓（輸出電壓）和注入電阻下端到地電壓（傳遞函數(shù)的Vin）；

4. 利用示波器自帶環(huán)路響應測試軟件運行自動測試，即可測出開關電源增益和相位曲線。

測試結果分析與判斷依據(jù)

a. 穿越頻率（增益為0dB時對應的頻率）：建議為開關頻率的5%--20%

b. 相位裕度（增益為0dB時對應的相位）：要求一定要大于45°，建議45°-- 80°

c. 穿越斜率（0dB附近）：要求為單極點穿越（-20dB每十倍頻斜率穿越0dB）

d. 增益裕度（相位為0°時對應的增益）： 建議小于 -10dB

e. 增益衰減（開關頻率對應的增益）：建議值小于 -20dB

單頻率點測試模式

除了測試簡單，價格便宜，利用率高之外，示波器環(huán)路響應測試方案還提供單頻率點測試（時域波形觀察）功能，利用單頻率點測試，可以輕易地判斷出注入電壓設置是否合理。

是否因為注入電壓過大造成失真，這是其他任何環(huán)路響應測試方案都不具備的優(yōu)點。

執(zhí)行穿越頻率對應的單點測試，注入信號與輸出信號幅值相等，增益為0dB, 信號沒有失真。

當注入電壓設置過大時，利用示波器方案可以輕易判斷出信號是否失真，如上圖，同樣頻率下如果信號失真則增益不為0dB，會造成測試結果不對。

和網(wǎng)絡分析儀測試結果對比

在穿越頻率附近，注入信號和輸出信號幅值一般都有幾十mV, 示波器測量精度完全可以信任，下圖是示波器和最傳統(tǒng)的環(huán)路響應測試設備網(wǎng)絡分析儀測試結果對比，兩者的測試結果幾乎沒有區(qū)別。