环路补偿设计一直是开关电源行业的一个大问题。新手工程师在学习或调试环路设计时总是觉得无法开始,甚至大多数高级电源设计工程师对环路补偿知之甚少。
主要原因是大多数工程师从未进行过实际的开关电源环路响应测试(包括增益曲线和相位曲线)。
当然,可以通过理论计算或软件模拟环路稳定性的相关性能指标,但由于其计算复杂、准确性低,实际应用有限。
大多数经验丰富的工程师根据产品输出性能指标(如负载动态响应、产品噪声等)推动环路特性,尝试不同的补偿方法,最后通过输出性能测试结果是否有效。
然而,这种方法的使用会导致很多问题。首先,没有办法根据实际的环路增益曲线进行有针对性的整改对策,这将浪费大量的时间尝试不同的整改方法,甚至导致项目无法如期完成。
相位裕度是否出性能指标来判断相位裕度是否合适,从而不能保证设计产品的可靠性。
另一个例子是,没有实际的环路测试。每次修改补偿后,无法了解增益曲线和相位曲线的实际变化,难以通过实际战斗提高对环路补偿的理解,使许多高级工程师对环路补偿设计的基本原则一无所知。
环路响应测试非常重要。为什么电力行业的许多公司不进行环路响应测试?主要原因是传统的环路响应测试设备(网络分析仪)价格昂贵,电力行业的利用率很低。
基于以上问题,今天我将介绍市场上最新颖、最经济的环路响应测试方案——基于示波器的电源环路响应测试方案。
1、测试原理图。
1.断开分压电阻和输出电压,串入5-50ohm注入电阻;
2.通过隔离变压器将示波器波形发生器连接到注入电阻的两端;
3.测量注入电阻上端到地电压(输出电压)和注入电阻下端到地电压(传输功能的Vin);
4.开关电源增益和相位曲线可通过自带环路响应测试软件进行自动测试。
二、测试结果分析与判断依据
a. 穿越频率(增益为0dB时对应的频率):建议为开关频率的5%--20%
b. 相位裕度(增益为0dB时对应的相位):要求一定要大于45°,建议45°-- 80°
c. 穿越斜率(0dB附近):要求为单极点穿越(-20dB每十倍频斜率穿越0dB)
d. 增益裕度(相位为0°时对应的增益): 建议小于 -10dB
e. 增益衰减(开关频率对应的增益):建议值小于 -20dB
三、单频率点测试模式
除了测试简单,价格便宜,利用率高之外,示波器环路响应测试方案还提供单频率点测试(时域波形观察)功能,利用单频率点测试,可以轻易地判断出注入电压设置是否合理。
是否因为注入电压过大造成失真,这是其他任何环路响应测试方案都不具备的优点。