前言

電子測試自始以來，直流電源都是測試測量中非常重要的設備，由于開關電源的轉換效率高，體積小等優點，在市場中開關電源也越來越占據主導位置。在當今電子行業用戶中，幾乎在每家用戶的工作室、實驗室和生產車間等都可以看到直流電源的身影。與此同時，對于直流電源的測試，也一直是電源的設計者與生產方關心的問題，直流電源的穩定輸出能力，也是用戶選擇一款電源最最基本的能力之一。

開關電源控制環路基本原理

直流電源結構可以分為兩部分，一部分是輸出部分，另一部分是反饋環路部分(圖1中紅框部分)，理想的輸出部分只會輸出直流信號，實際上，直流電源的輸出（圖1中的Vout）電壓會受負載變化、輸入電壓變化、溫度變化等因素的影響而不穩定。

直流電源的反饋環路負責檢測直流電源的輸出Vout是否穩定，一旦輸出電壓出現不穩定，反饋環路會立即檢測出異常并做出相應的反饋給到電源主控電路，電源做出相應的調整以保持穩定的電壓輸出。因此，反饋環路的好壞直接影響電源平穩輸出的能力，所以對于開關電源反饋環路響應的測試尤其重要。

圖1 – 開關電源結構框圖

開關電源控制環路響應測試項目

對于開關電源的反饋環路性能，要進行的測試項如下：

1.幅頻響應曲線，如圖2中黑線。

2.相頻響應曲線，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，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保持穩定條件下所能承受的最大最大相位擾動，相位裕量越大，系統越穩定，但同時時間響應速度減慢，因此必須要有一個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到-180度的頻率處對應的增益，圖2中為67dB。

增益裕量表示控制系統保持穩定條件下所能承受的最大增益擾動。

圖2- 開關電源反饋環路響應測試幅頻、相頻響應曲線

開關電源控制環路響應測試方法

要測試開關電源控制環路響應，需要在反饋環路中人為注入一個誤差信號，通過測試該干擾信號對直流電源反饋環路的影響，以此來測試電源反饋環路的性能。

如圖3所示，理想的誤差信號注入點是在反饋路徑 R1 和 R2 的電阻分壓器網絡線路上（藍色5Ω電阻處），在此人為串入的5Ω電阻阻抗和反饋環路中原有的R1和R2相比微乎其微，所以幾乎對原始反饋環路的工作不會造成影響，用戶甚至可以永久保留此5Ω測試方便日后測試。

進行電源反饋環路響應測試需要在5Ω電阻兩端加入誤差信號，并檢測5Ω電阻兩端信號的變化與關系，以此測試電源反饋環路的性能。

圖3- 開關電源控制環路響應測試方案圖

羅德與施瓦茨（R&S）電源反饋環路響應測試方案與優點：

R&S K36 頻率響應分析（波特圖）分析選件介紹

R&S RTx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件可以輕松快速地在示波器上執行低頻響應分析。它可以測定多種電子設備的頻率響應，它除了可以測量開關電源的控制環路響應和電源抑制比之外，還可以測量無源濾波器和放大器電路。頻率響應分析選件使用示波器的內置波形發生器生成 10 Hz-25 MHz 的激勵信號。通過測量每個測試頻率下被測設備的激勵信號與輸出信號之比，示波器波特圖會以對數方式顯示增益和相位（如圖4）。

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

優點

操作簡單，測試高效。

測試準確。

集成于示波器中，集成度高。

成本低。

亮點

信號源幅度設置：允許用戶設置信號源的輸出幅度；對于環路響應測試時抑制被測件的的噪聲，很有幫助。

提升分辨率：示波器支持放大功能查看曲線細節，提升分辨率。

支持光標Marker：可以使用光標Marker功能快速讀取樣點值。

顯示結果表：示波器以表格形式清晰的顯示出測量結果，并且可保存。

圖4-R&S RTM3000示波器開關電源反饋環路響應測試截圖