開關(guān)電源的伯德圖測(cè)試方案

       電源控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)量伯德圖是羅德與施瓦茨示波器擁有的強(qiáng)大功能。工程師為確保電壓穩(wěn)壓器和開關(guān)電源（例如多相降壓變換器）的穩(wěn)定性，必須測(cè)量和測(cè)試控制環(huán)路特性。進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂破骺蓪?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓，并降低負(fù)載變化和電源電壓變動(dòng)的影響?？刂齐娐返馁|(zhì)量決定整個(gè)直流-直流開關(guān)電源的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

一、開關(guān)電源的伯德圖測(cè)試方案

       使用 R&S®MXOx-K36 頻率響應(yīng)分析（伯德圖）選件輕松快速地在示波器上進(jìn)行低頻響應(yīng)分析。測(cè)定多種電子設(shè)備的頻率響應(yīng)，包括無源濾波器和放大器電路。測(cè)量開關(guān)電源的控制環(huán)路響應(yīng)和電源抑制比。R&S®MXOx-K36 頻率響應(yīng)分析（伯德圖）選件使用示波器的內(nèi)置波形發(fā)生器生成 10 mHz至 100 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)備信號(hào)輸入和輸出之比，示波器伯德圖會(huì)以對(duì)數(shù)方式顯示增益，以線性方式顯示相位。

       R&S®MXOx-K36 頻率響應(yīng)分析（伯德圖）選件可快速確定開關(guān)電源或線性穩(wěn)壓器的增益和相位裕量。這些測(cè)量有助于確定控制環(huán)路穩(wěn)定性。R&S®MXOx-K36 頻率響應(yīng)分析（伯德圖）選件可顯示對(duì)操作條件變化（例如電源電壓變動(dòng)或負(fù)載電流變化）的系統(tǒng)響應(yīng)。                                  

二、測(cè)量設(shè)置

       電源控制環(huán)路對(duì)比參考電壓 (Vref) 和反饋電壓 (Vfeedback)，并生成負(fù)反饋以確保穩(wěn)定的輸出電壓。

       控制環(huán)路響應(yīng)測(cè)試需要在頻帶中將誤差信號(hào)注入控制環(huán)路的反饋路徑。要注入誤差信號(hào)，必須在反饋環(huán)路中插入一個(gè)小型電阻。如下圖“選擇正確的注入點(diǎn)”所示，與 R1 和 R2 串聯(lián)阻抗相比，5 Ω注入電阻微不足道。部分用戶會(huì)選擇始終采用這種低值注入電阻 (Rinjection) 進(jìn)行測(cè)試。注入變壓器（如儀鼎 J2100A）可隔離交流失真信號(hào)，并消除任何直流偏置。

選擇正確的注入點(diǎn)

（一）注入點(diǎn)和探測(cè)

         為測(cè)量電壓反饋環(huán)路的環(huán)路增益，需要在適當(dāng)?shù)奈恢命c(diǎn)斷開環(huán)路。在這個(gè)位置點(diǎn)注入失真信號(hào)。失真信號(hào)將分布在環(huán)路中。注入的失真信號(hào)將被放大或出現(xiàn)衰減和相移，具體取決于環(huán)路增益。對(duì)于 R&S®MXOx-K36 選件，示波器的發(fā)生器可生成失真信號(hào)。示波器可測(cè)量環(huán)路的傳遞函數(shù)。

        為確保環(huán)路增益測(cè)量值與實(shí)際值相等，需要選擇合適的位置點(diǎn)：

1、尋找環(huán)路被限制到單一路徑的位置點(diǎn)，確保沒有并行信號(hào)流。

2、確保環(huán)路方向的阻抗遠(yuǎn)大于此位置點(diǎn)的向后阻抗。向后阻抗與變換器的輸出阻抗相等，僅為幾毫歐。環(huán)路方向的阻抗源自補(bǔ)償器和分壓器，為幾千歐。

     準(zhǔn)確的控制環(huán)路響應(yīng)特性測(cè)量取決于良好的探測(cè)操作。在部分測(cè)試頻率下，Vin和 Vout的峰-峰幅度會(huì)非常小。這些數(shù)值會(huì)被掩蓋在示波器的噪聲基底和/或被測(cè)設(shè)備的開關(guān)噪聲中。因此，提高測(cè)量信噪比將大幅改善頻率響應(yīng)測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。大多數(shù)示波器通常會(huì)配備噪聲較大的 10:1 無源探頭。使用低噪聲 1:1 無源探頭將降低測(cè)量噪聲，并提高信噪比。在此應(yīng)用中，羅德與施瓦茨推薦使用具有 38 MHz帶寬的 R&S®RT-ZP1X 1:1 無源探頭。

       減少探頭的接地長(zhǎng)度可以盡量減少感應(yīng)接地環(huán)路。探頭的標(biāo)配接地引線有時(shí)會(huì)起到天線作用，放大無用的開關(guān)噪聲。確定 Vin 和 Vout 測(cè)試點(diǎn)周圍的接地端子。

       使用 R&S®RT-ZP1X 探頭的接地彈簧縮短接地。這將為測(cè)量提供理想的低噪聲接地。

使用接地彈簧將為電源抑制比測(cè)量提供高信噪比

（二）設(shè)備設(shè)置

          將示波器連接到被測(cè)電路后，開始測(cè)量：

1、將起始頻率和終止頻率設(shè)置為 10 mHz至 100 MHz，并確定發(fā)生器輸出電平。

2、設(shè)置十倍程頻率點(diǎn)以提高和調(diào)整采集分辨率。示波器每十倍程至多可采集 500 個(gè)頻率點(diǎn)。

3、設(shè)置發(fā)生器輸出的幅度分布（高 100 步長(zhǎng)），以抑制被測(cè)電路的噪聲特性。

按“運(yùn)行”(Run) 以開始測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示為相對(duì)于頻率的增益/相位圖。在感興趣的頻率點(diǎn)處設(shè)置標(biāo)記。

直流-直流開關(guān)電源的穩(wěn)定性測(cè)量（藍(lán)色跡線：增益；紅色跡線：相位）。

右表顯示了幅度分布、標(biāo)記和裕量測(cè)量結(jié)果。

（三）測(cè)量結(jié)果

          伯德圖代表電路的傳遞函數(shù)，顯示與輸入頻率相關(guān)的幅度行為（以 dB 為單位）和相位特性（以度為單位），有助于驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性。用戶可以直接在圖中跡線上的所需位置設(shè)置標(biāo)記，并使用圖例顯示標(biāo)記坐標(biāo)。為確定交叉頻率，將一個(gè)標(biāo)記設(shè)置為 0 dB，將另一個(gè)標(biāo)記設(shè)置為 –180° 相移?，F(xiàn)在可以輕松確定相位和增益裕量。

         測(cè)量結(jié)果表格包含每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的詳細(xì)信息（頻率、增益和相移）。使用標(biāo)記時(shí)，結(jié)果表格中的相關(guān)行將高亮顯示?？蓪⑵聊唤貓D和/或表格結(jié)果快速保存至 USB 設(shè)備以生成報(bào)告。

         目前，工程師主要使用示波器來測(cè)試與測(cè)量電源設(shè)計(jì)。R&S®MXOx-K36 頻率響應(yīng)分析（伯德圖）選件價(jià)格合理，可代替低頻網(wǎng)絡(luò)分析儀或?qū)Ｓ玫莫?dú)立式頻率分析儀。