電源是現(xiàn)代工業(yè)必然的一部分,，為了更加貼合使用者的需求—效率更高、噪聲更小的產(chǎn)品,，不僅要考慮到開關(guān)損耗,、輸入電源質(zhì)量、輸出紋波測試等之外,，還會涉及到環(huán)路響應(yīng)測試,。
環(huán)路響應(yīng)測試能夠輔助使用者判斷開關(guān)電源的穩(wěn)定性，采用伯德圖來查看電源控制環(huán)路在不同頻率下的增益與相位,，是一種被普遍使用的高效且直觀的判斷環(huán)路穩(wěn)定性的方法,。傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)則是要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀或是專有的設(shè)備來進(jìn)行測試,，可采用這種方法進(jìn)行測試的話其測試成本便會很高。因此推薦采用電源開發(fā)工程師現(xiàn)有的示波器設(shè)備來完成環(huán)路響應(yīng)測試,。
一,、測環(huán)路響應(yīng)
在電源設(shè)計(jì)中，控制環(huán)路測量有利于表征電源對輸出負(fù)載條件變化,、輸入電壓變化,、溫度變化等及時(shí)作出響應(yīng)。理想的電源一定要具備以下優(yōu)勢：響應(yīng)快,，保持恒定輸出,，同時(shí)不會有過多的振鈴或是振蕩。這一般是利用控制電源與負(fù)載之間元器件（通常是MOSFET）的快速開關(guān)來完成的,。開關(guān)打開的時(shí)間相對關(guān)閉的時(shí)間越長,，為負(fù)載提供的功率便會更高。
為了解此系統(tǒng)的優(yōu)勢,，我們以變化幅度在頻率范圍內(nèi)掃描輸入正弦曲線信號,。此步驟有利于表示在某個(gè)頻率范圍內(nèi)獲得的環(huán)路的增益與相位，提供與控制環(huán)路和電源穩(wěn)定性相關(guān)的關(guān)鍵信息,。利用順序測量各個(gè)頻率上的增益與相位,，便能夠繪制增益與相位相對于頻率關(guān)系圖。采用使用對數(shù)頻率標(biāo)度,，這些圖便能覆蓋非常寬的頻率范圍,，同時(shí)也通常稱為Bode圖。
因此采用測試環(huán)路響應(yīng)能夠快速直觀的評價(jià)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。
二,、環(huán)路響應(yīng)指標(biāo)
關(guān)于開關(guān)電源環(huán)路響應(yīng)時(shí)常用到相位裕度、增益裕度與穿越頻率三個(gè)參數(shù)的詳細(xì)解釋如下：
(1) 相位裕度：增益降至0dB的情況下,，此時(shí)離-180°的距離便為相位裕度,，即增益Gain=0dB的情況下，相位裕度=φ-(-180°),。
(2) 增益裕度：增益曲線在相頻曲線達(dá)到-180°的頻率處對應(yīng)的增益,，即φ=-180°時(shí)，增益裕度=0-增益Gain(dB),。
(3) 穿越頻率：增益為0dB的情況下相對應(yīng)的頻率值,。
【bode圖的示例圖】
1、相位裕度：在定義上只要大于零則系統(tǒng)為穩(wěn)定狀態(tài),，可在實(shí)際工程中為了保障系統(tǒng)在各種誤差與參數(shù)變化情況下依然可以保持穩(wěn)定,，通常要求相位裕度大于45°。
2、增益裕度：增益裕量表示控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件下所能承受的大增益擾動,，為了保障在各種工況下均能保持穩(wěn)定通常需要大于10dB,。
3、穿越頻率：一般穿越頻率越高,，系統(tǒng)的快速性越強(qiáng),，那么對負(fù)載動態(tài)響應(yīng)的抑制能力便會越好，過沖,、欠沖越小,，恢復(fù)時(shí)間也會越快。假設(shè)穿越頻率過高,，將會導(dǎo)致系統(tǒng)抗擾性降低,。因此建議穿越頻率為開關(guān)頻率的5%-20%。
三,、測試時(shí)用到的軟硬件
1、示波器：4系,、5系或是6系MSO能夠配備高等級功率測量與分析軟件 (4/5/6-PWR),。
2、PWR選件：此應(yīng)用軟件支持多種頻響測量,，包含：控制環(huán)路響應(yīng),、電源抑制比 (PSRR)等。
3,、AFG選件：用于掃頻輸出,。
4、電壓探頭：1:1或是2:1無源探頭,。
5,、隔離變壓器：J2100A orJ2101A用于控制環(huán)路測量。
四,、環(huán)路響應(yīng)的信號注入
信號注入詳細(xì)解析圖如下所示：
此時(shí)上圖的環(huán)路響應(yīng)為：
根據(jù)上述公式可知等效電路為：Vinj = Vy-Vx,。
（一）挑選合適的注入點(diǎn)
實(shí)際上，不能在環(huán)路的任意位置插入注入電阻;對于注入位置有一定的要求;根據(jù)上圖看到的三個(gè)位置是常見的注入位置,，其中在feedback network上方加電阻是常使用的注入方式,。
假設(shè)電源功率很大，在feedback network上方加電阻,，其通過的電壓自身便會很大,，此時(shí)使用AFG注入的電壓與之對比將會變得十分小，很難準(zhǔn)確的掃描出bode圖,，因此300V以上的電源系統(tǒng)應(yīng)要在補(bǔ)償之后,，反饋電阻之前注入。
（二）選擇注入電阻的大小和注入幅度方法
在上述內(nèi)容中說完注入位置的選擇后,，下一個(gè)問題便是注入電阻值為多少?在此需要注意以下問題：
1,、核心原則:注入電阻插入到環(huán)路中,，不可以影響環(huán)路的穩(wěn)態(tài)值；
2,、上述要求實(shí)際上是要求一個(gè)小的注入電阻,。例如常見的分壓反饋電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值至少在kohms級別以上，所以此5-20ohms的電阻是合適的,。假設(shè)這個(gè)電阻值更大,，達(dá)到Mohms了。對此更大的注入電阻也是可行的,；
3,、確定了注入電阻以后，接下來我們就應(yīng)要確定注入幅度,；
注入幅度AFG的輸出幅度之間的關(guān)系如下所示:
4,、注入幅度的限制在于:
（1）若沒有其他的要求，通常能夠從輸出電壓的1/10~1/20開始,，進(jìn)行試探,；
（2）不可以破壞環(huán)路的小信號條件;
（3）若開關(guān)環(huán)路中存在閾值電路，那么注入的電壓不能讓閾值電路的電壓低于閾值,。
（三）注入幅度對測試結(jié)果的影響
注入不同幅度的大小會影響到測試結(jié)果,，注入電壓太小，則會被淹沒在噪聲中,，低頻部分會測不準(zhǔn),，但是在高頻段， 情況則是相反的,，注入電壓太大,，高頻部分測試便會出現(xiàn)失真。所以,，建議在低頻處施加大的注入電壓,，在高頻處施加小的注入電壓，這樣會使測試更加準(zhǔn)確,。
（五）環(huán)路響應(yīng)測試連接的方法
（六）環(huán)路響應(yīng)測試設(shè)置
在測量功能中選擇Power,，之后在FREQUENCY RESPNSE ANALYSIS中選擇Control Loop Response。
上圖所示的便是環(huán)路響應(yīng)的設(shè)置菜單,。
設(shè)置時(shí)應(yīng)要注意以下幾點(diǎn)：
1,、頻率點(diǎn)數(shù)：bode圖中的點(diǎn)數(shù)由每倍頻程點(diǎn)數(shù)、開始頻率與結(jié)束頻率確定,。(每10倍頻程點(diǎn)數(shù)默認(rèn)值是10,，大值是100).
頻率點(diǎn)數(shù)的計(jì)算公式如下所示：
頻率點(diǎn)數(shù)= ppd( log(fSTOP) - log(fstart))
例如，假設(shè)每倍頻程的點(diǎn)數(shù)是10，開始頻率是100Hz,，結(jié)束頻率是10MHz,，那么：頻率點(diǎn)數(shù)=10 (log(107)-log(102))= 50 點(diǎn)
2、頻譜分析方式：和傳統(tǒng)FFT方法對比可知,，Spectrum View 頻譜視圖方法能夠更精細(xì)地控制頻率分辨率,。測量設(shè)置包含使用“Auto RBW"選項(xiàng)，其有利于全面利用這種靈活性與分辨率,。
（七）環(huán)路響應(yīng)實(shí)測結(jié)果
上圖所示便是掃頻完成的Bode圖,，在右邊測量欄中就能夠直接查看相位裕度、增益裕度與穿越頻率這三個(gè)參數(shù),。
（八）常見的問題
1,、探頭選擇：
探頭選擇：低壓系統(tǒng)：泰克方案推薦P2220 6MHz 帶寬1:1 探頭或是TPP0502 500MHz 2:1 探頭，該兩種探頭測試的大電壓為300V,。
高壓系統(tǒng)：泰克推薦的隔離變壓器隔離電壓為600V,，因此在測試300-600V電源的情況下，如果在反饋電阻前注入推薦選用高壓差分探頭,；不然得話推薦在補(bǔ)償之后,，反饋電阻之前注入。
2,、低頻段掃頻跳變：bode圖通常增益在±60dB、相角在±180°繪制,，機(jī)器也遵循這個(gè)規(guī)則,，如果增益與相角超過該范圍便會跳變。首先可先掃頻一遍,，觀察正常開始掃頻的位置,，在下次掃頻中將該頻率設(shè)置為起始頻率便可。
3,、半載和滿載掃頻出現(xiàn)偏差：使用者可能會考慮到穿越頻率不同,，帶載情況不同，會對系統(tǒng)造成有一定影響,，因此造成了穿越頻率不同,，只要滿足在信號頻率的10%-20%便可。
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