前言

電子測(cè)試自始以來，直流電源都是測(cè)試測(cè)量中非常重要的設(shè)備，由于開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率高，體積小等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)中開關(guān)電源也越來越占據(jù)主導(dǎo)位置。在當(dāng)今電子行業(yè)用戶中，幾乎在每家用戶的工作室、實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)車間等都可以看到直流電源的身影。與此同時(shí)，對(duì)于直流電源的測(cè)試，也一直是電源的設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)方關(guān)心的問題，直流電源的穩(wěn)定輸出能力，也是用戶選擇一款電源最最基本的能力之一。

開關(guān)電源控制環(huán)路基本原理

直流電源結(jié)構(gòu)可以分為兩部分，一部分是輸出部分，另一部分是反饋環(huán)路部分(圖1中紅框部分)，理想的輸出部分只會(huì)輸出直流信號(hào)，實(shí)際上，直流電源的輸出（圖1中的Vout）電壓會(huì)受負(fù)載變化、輸入電壓變化、溫度變化等因素的影響而不穩(wěn)定。

直流電源的反饋環(huán)路負(fù)責(zé)檢測(cè)直流電源的輸出Vout是否穩(wěn)定，一旦輸出電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定，反饋環(huán)路會(huì)立即檢測(cè)出異常并做出相應(yīng)的反饋給到電源主控電路，電源做出相應(yīng)的調(diào)整以保持穩(wěn)定的電壓輸出。因此，反饋環(huán)路的好壞直接影響電源平穩(wěn)輸出的能力，所以對(duì)于開關(guān)電源反饋環(huán)路響應(yīng)的測(cè)試尤其重要。

圖1 – 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖

開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)試項(xiàng)目

對(duì)于開關(guān)電源的反饋環(huán)路性能，要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)如下：

1.幅頻響應(yīng)曲線，如圖2中黑線。

2.相頻響應(yīng)曲線，如圖2中紅線。

3.穿越頻率(Crossover frequency)：幅頻曲線穿越0dB處的頻率點(diǎn)，圖2中為6.5kHz

4.相位裕量(Phase margin)：相頻曲線在穿越頻率處的相位和-180度之間的相位差，圖2中為92°。

相位裕量表示電源系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件下所能承受的最大最大相位擾動(dòng)，相位裕量越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定，但同時(shí)時(shí)間響應(yīng)速度減慢，因此必須要有一個(gè)比較合適的相位裕量。

5.增益裕量(Gain margin)：幅頻曲線在相頻曲線達(dá)到-180度的頻率處對(duì)應(yīng)的增益，圖2中為67dB。

增益裕量表示控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定條件下所能承受的最大增益擾動(dòng)。

圖2- 開關(guān)電源反饋環(huán)路響應(yīng)測(cè)試幅頻、相頻響應(yīng)曲線

開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)試方法

要測(cè)試開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)，需要在反饋環(huán)路中人為注入一個(gè)誤差信號(hào)，通過測(cè)試該干擾信號(hào)對(duì)直流電源反饋環(huán)路的影響，以此來測(cè)試電源反饋環(huán)路的性能。

如圖3所示，理想的誤差信號(hào)注入點(diǎn)是在反饋路徑 R1 和 R2 的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)線路上（藍(lán)色5Ω電阻處），在此人為串入的5Ω電阻阻抗和反饋環(huán)路中原有的R1和R2相比微乎其微，所以幾乎對(duì)原始反饋環(huán)路的工作不會(huì)造成影響，用戶甚至可以保留此5Ω測(cè)試方便日后測(cè)試。

進(jìn)行電源反饋環(huán)路響應(yīng)測(cè)試需要在5Ω電阻兩端加入誤差信號(hào)，并檢測(cè)5Ω電阻兩端信號(hào)的變化與關(guān)系，以此測(cè)試電源反饋環(huán)路的性能。

圖3- 開關(guān)電源控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)試方案圖

羅德與施瓦茨（R&S）電源反饋環(huán)路響應(yīng)測(cè)試方案與優(yōu)點(diǎn)：

R&S K36 頻率響應(yīng)分析（波特圖）分析選件介紹

R&S RTx-K36 頻率響應(yīng)分析（波特圖）選件可以輕松快速地在示波器上執(zhí)行低頻響應(yīng)分析。它可以測(cè)定多種電子設(shè)備的頻率響應(yīng)，它除了可以測(cè)量開關(guān)電源的控制環(huán)路響應(yīng)和電源抑制比之外，還可以測(cè)量無源濾波器和放大器電路。頻率響應(yīng)分析選件使用示波器的內(nèi)置波形發(fā)生器生成 10 Hz-25 MHz 的激勵(lì)信號(hào)。通過測(cè)量每個(gè)測(cè)試頻率下被測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)與輸出信號(hào)之比，示波器波特圖會(huì)以對(duì)數(shù)方式顯示增益和相位（如圖4）。

R&S RTx-K36 頻率響應(yīng)分析（波特圖）選件適用于傳統(tǒng)電源測(cè)試用戶、有特殊測(cè)試需求的電子廠商用戶以及大學(xué)、高校研究所等。

優(yōu)點(diǎn)

操作簡(jiǎn)單，測(cè)試高效。

測(cè)試準(zhǔn)確。

集成于示波器中，集成度高。

成本低。

亮點(diǎn)

信號(hào)源幅度設(shè)置：允許用戶設(shè)置信號(hào)源的輸出幅度；對(duì)于環(huán)路響應(yīng)測(cè)試時(shí)抑制被測(cè)件的的噪聲，很有幫助。

提升分辨率：示波器支持放大功能查看曲線細(xì)節(jié)，提升分辨率。

支持光標(biāo)Marker：可以使用光標(biāo)Marker功能快速讀取樣點(diǎn)值。

顯示結(jié)果表：示波器以表格形式清晰的顯示出測(cè)量結(jié)果，并且可保存。

圖4-R&S RTM3000示波器開關(guān)電源反饋環(huán)路響應(yīng)測(cè)試截圖

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