示波器在电源控制环路响应测量的应用方案

开关电源一直以来都是电子测试测量中非常重要的设备，由于开关电源具备转换效率高，体积小等优点，在市场中也越来越占据主导位置。

在当今电子行业用户中，几乎在每家用户的工作室、实验室和生产车间等都可以看到开关电源的身影。对于开关电源的测试，一直是电源的设计者与生产方关心的问题，而开关电源的稳定输出能力，也是用户选择一款电源最最基本的能力之一。

开关电源控制环路

直流电源结构可以分为两部分，一部分是输出部分，另一部分是反馈环路部分(图1中红框部分)，理想的输出部分只会输出直流信号，实际上，直流电源的输出（图1中的Vout）电压会受负载变化、输入电压变化、温度变化等因素的影响而不稳定。

直流电源的反馈环路负责检测直流电源的输出Vout是否稳定，一旦输出电压出现不稳定，反馈环路会立即检测出异常并做出相应的反馈给到电源主控电路，电源做出相应的调整以保持稳定的电压输出。因此，反馈环路的好坏直接影响电源平稳输出的能力，所以对于开关电源反馈环路响应的测试尤其重要。

图1 开关电源结构框图

开关电源控制环路响应测试项目

对于开关电源的反馈环路性能，要进行的测试项如下：

1.幅频响应曲线，如图2中黑线；

2.相频响应曲线，如图2中红线；

3.穿越频率(Crossover frequency)：幅频曲线穿越0dB处的频率点，图2中为6.5kHz；

4.相位裕量(Phasemargin)：相频曲线在穿越频率处的相位和-180度之间的相位差，图2中为92°；

(相位裕量表示电源系统保持稳定条件下所能承受的最大最大相位扰动，相位裕量越大，系统越稳定，但同时时间响应速度减慢，因此必须要有一个比较合适的相位裕量。)

5.增益裕量(Gainmargin)：幅频曲线在相频曲线达到-180度的频率处对应的增益，图2中为67dB。

增益裕量表示控制系统保持稳定条件下所能承受的最大增益扰动。

图2 开关电源反馈环路响应测试幅频、相频响应曲线

开关电源控制环路响应测试方法

要测试开关电源控制环路响应，需要在反馈环路中人为注入一个误差信号，通过测试该干扰信号对直流电源反馈环路的影响，以此来测试电源反馈环路的性能。

如图3所示，理想的误差信号注入点是在反馈路径 R1 和 R2 的电阻分压器网络线路上（蓝色5Ω电阻处），在此人为串入的5Ω电阻阻抗和反馈环路中原有的R1和R2相比微乎其微，所以几乎对原始反馈环路的工作不会造成影响，用户甚至可以永久保留此5Ω测试方便日后测试。

进行电源反馈环路响应测试需要在5Ω电阻两端加入误差信号，并检测5Ω电阻两端信号的变化与关系，以此测试电源反馈环路的性能。

图3 开关电源控制环路响应测试方案图

R&S示波器用于电源反馈环路响应测试方案与优点：

R&S K36 频率响应分析（波特图）分析选件

R&S RTx-K36 频率响应分析（波特图）选件可以轻松快速地在示波器上执行低频响应分析。它可以测定多种电子设备的频率响应，它除了可以测量开关电源的控制环路响应和电源抑制比之外，还可以测量无源滤波器和放大器电路。频率响应分析选件使用示波器的内置波形发生器生成 10 Hz-25 MHz 的激励信号。通过测量每个测试频率下被测设备的激励信号与输出信号之比，示波器波特图会以对数方式显示增益和相位（如图4）。

R&S RTx-K36 频率响应分析（波特图）选件适用于传统电源测试用户、有特殊测试需求的电子厂商用户以及大学、高校研究所等。

图4 R&S RTM3000示波器开关电源反馈环路响应测试截图