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电源环路分析测试方法的原理和应用

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标签: 电源

电源

电源环路分析测试方法的原理和应用

电源环路分析测试方法的原理和应用
开关电源具有非常高的½换效率,已经成为了电源的主流产品。与此同时,环路
分析测试½为其重要的测试方法也越来越被大家所½用。
本文将深入介绍该测试
方法的原理和应用。
环路测试
开关电源是一种典型的反馈控制系统,其有响应速度和稳定性两个重要的指标。
响应速度就是½负½½变化或者输入电压变化时,
电源½迅速做出调整的速度。因
为开关电源的负½½多数情况下½是数字 IC,其电流会随着逻辑功½的变化而变
化,比如 FPGA 在进行配½时,电流会增大一倍以上。而开关电源的输入电压也
会有一定程度的波动。为了保证电源稳定输出,不产生跌½或者过冲,就要求电
源必须迅速做出调整,½得最终输出的电压没有变化。
而电源的响应速度就决定
了电源的调整速度。
由于电源加入了反馈系统,就可½发生震荡。如果电源系统的参数没有设½½,
就会产生震荡,
结果就是电压上会被叠加一个固定频率的波动。
导致电源不稳定。
开关电源如下图所示:
图 1 开关电源调试
从开关电源的框图中可以看出,
该系统是通过一个反馈电路,将最终输出的变化
反馈给比例电路,经过比例电路的等比例衰减,输入到误差放大器中。而后误差
放大器通过比较该信号和内部参考信号的差异,
来驱动后级脉½调制器等一系列
的输出环节,最终与干扰信号相互抵消,从而保证电源的稳定。
那应该如½测量出电源的响应速度和稳定性呢,
在早期的调试中,大家会½用一
个可变的电子负½½来进行测试,
½是由于现在的电子负½½的变化频率远远½于开
关电源的开关频率,
该方法逐渐的不被大家所½用。目前比较常见的测试方式就
是环路测试法。
环路测试法就是向反馈回路中注入一个个单一频率的正弦波序列
信号,
然后根据电源系统的输出情况来判断其对各个频率干扰的调整½力。其环
路响应的 Gain 越高,就说明电源对该频段的抗干扰½力越强。
环路测试框图如下所示:
图 2 环路测试框图
从上图可以看出,
环路测试实际上是将干扰信号通过反馈电路注入到误差放大器
中,而后查看误差放大器加后级输出环节的级联响应。
误差放大器的响应实际上
就是该误差放大器的开环增益。所以环路的根本目的如下图所示:
图 3 环路测试根本目的
随着一个个频率信号的扫描,最终将各个频道的环路增益绘制在一张图上,就会
得到一幅很直观的频域特性图。
最终环路特性曲线如下图所示:
图 4 环路相应曲线
根据这张图,我们就可以判断电源设计是否稳定,是否有优化的空间。曲线的稳
定性判定标准如下:
穿越频率:
建议为开关频率的 5%到 20%,
过高则不稳定,
过½则响应速度过慢。
相½裕度:要求一定要大于 45°,建议 45°到 80°。
穿越斜率(0dB 附近):要求为单极点穿越,一般是要求穿越斜率在-1 左右,
即-20db/每十倍频。
增益裕度:建议大于 10dB。
干扰信号注入原理
干扰信号具½要如½注入到误差放大器呢,误差放大器的开环增益½非常大,½
有 60db 左右。
那么为了不½误差放大器输出饱和,
输入信号必须在-50dbm 左
右,大概 2mv 左右,这个信号幅度太小,产生过于困难,一般的电磁噪声信号
½要高过这个信号的幅度。
显然这样直接注入是不可行的。为了½够成功注入干
扰信号,我们需要利用反馈来进行。
想要阐述明½干扰信号的输入方式,必须先对反馈做一下说明。
什么是反馈?除了数学公式,这个概念比较难描述,大家可以思考一个小时候经
常玩的倒立摆,眼睛,大脑,手½成了一个反馈系统。眼睛会根据木棍的摆动情
况反馈给大脑,大脑再控制手来进行移动,从而保持木棍的直立不倒。如下图所
示:
图 5 倒立摆示意图
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