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环路稳定性测试与分析

   环路增益和相位裕度是电源领域最最重要和热门的话题,从设计上决定着整个电源系统的稳定性。



     环路补偿也是很多电源工程师设计和调试电源产品时最头疼的问题之一。特别是业内只有几家大的电源公司才有环路增益和相位裕度的测试,很多富有经验的电源工程师从来没有看到过自己设计产品的环路特性曲线,造成每次环路设计出现问题只能盲目尝试各种方案。


    上面这两张图是环路增益和相位曲线示意图,从中可以看到很多对电源产品输出性能,寿命等至关重要的参数,比如: 穿越频率的大小决定着输出动态特性是否良好,相位裕度决定这产品是否能够长时间使用等。

大家可以思考一下,这么重要的一项测试,为什么没有普及呢?究其原因,主要是因为传统的环路响应测试设备都比较昂贵(一般20W人民币左右),并且因为传统设备对电源设计者来说只能做这一个测试,所以利用率很低。

大多数电源公司管理层总和高昂的价格和极低的利用率而放弃该项测试。

   是德科技以客户为本,在2015年推出基于示波器的环路响应测试方案




上图是测试示意图,测试前需要在反馈环路上方串一个5ohm的注入电阻,然后把示波器的任意波形发生器通过一个隔离变压器连接到注入电阻,

再用示波器的两个通道分别测量输出电压以及注入电阻下方到地电压就可以了


连接实物图。

连接完毕后,在信号选项里选择刚才连接的通道名称,然后在设置选项里设定好注入电压大小,增益刻度范围,以及扫描频率。然后点击应用就可以测试出环路增益的波特图了。从上图测试结果可以看出该环路穿越频率为24.76KHz,开关频率对应的增益衰减为-28dB,观测增益曲线可以发现穿越频率处斜率是-20dB每十倍频。




在波特图选项里把增益改为相位即可自动得出相位图,可以看到在穿越频率点相位裕度为82°,满足系统稳定性要求。 大家会发现在高频和低频区域 相位测量结果非常难看,主要是因为在低频是增益大,高频时衰减大的特点决定了注入噪声或者响应结果非常的低 而难以测试;但是大家要清楚,在相位曲线图里,只需要关注穿越频率对应的相位裕度,这个时候因为增益为0,所以示波器测试结果会非常准确,完全满足大家的需求。


当然 如果大家想看更准确的相位数据可以手动调整注入信号的频率与幅值,然后里面测量功能里的相位差选项可以看到不同频率下的相位结果。

上图的结果就是根据穿越频率手工设置的注入信号下测试的相位偏移值,和上一页相位裕度自动测试结果完全一样。


基本配置

是德科技 

InfiniiVision 3000T X 系列示波器

InfiniiVision 4000A X 系列示波器


InfiniiVision 6000A X 系列示波器

任意一款示波器


测试选件:

电源测试选件_PWR (必须)
1:1隔离变压器_PICOTEST J2101A (必须)
1:1无源探头*2_N2870A或10070D(推荐)
波形发生器选件_WaveGen (推荐)


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