开关电源环路稳定的试验方式方法.docx

桥式、半桥、推挽、正激以及Buck变换 器都有一个LC滤波电路，输出功率电路对系 统性能影响最大。为了讨论方便，以图6.31为 例来说明测试方法，重画为图6.48（a）。电路参 数为：输入电压115V，输出电压为5V，如前 所述，滤波电感和电容分别为L=15 p H， C=2600p 桥式、半桥、推挽、正激以及Buck变换 器都有一个LC滤波电路，输出功率电路对系 统性能影响最大。为了讨论方便，以图6.31为 例来说明测试方法，重画为图6.48（a）。电路参 数为：输入电压115V，输出电压为5V，如前 所述，滤波电感和电容分别为L=15 p H， C=2600p F，PWM控制器采用UC1524，它的锯 齿波幅值为3V，只用两路脉冲中的一路，最 大占空比为0.5。为了测量小信号频率特性， 变换器必须工作在实际工作点：额定输出电 压、占空比和给定的负载电流。 从前面分析知道，如果把开关电源看着放 大器，放大器的输入就是参考电压。从反馈放 大器电路拓扑来说，开关电源的闭环是一个以 参考电压为输入的电压串联负反馈电路。输入 电源的变化和/或负载变化是外界对反馈控制环 路的扰动信号。取样电路是一个电阻网络的分 压器，分压比就是反馈系数，一般是固定的 （R2/（R1+R2））。参考电压（相应于放大器的 输入电压）稳定不变，即变化量为零，输出电 压也不变（5V）。 如上所述，所有三种误差放大器都有一个 原点极点。在低频闭环时，由于原点极点增益 随频率减少而增高（即在反馈回路电容）在很 低频率，有一个最大增益，由误差放大器开环 增益决定。直流增益很高，这意味着直流电压 Udc Ub Nr * Np * Q1 Us Ns PWM Co Resr Uea r. Uo R1 Us (R2 *B Bb B 误差放大Uref （a） 图6.48正激变换器环路增益测试 6.5开关电源环路稳定的试验方法 前面频率特性分析方法是以元器件小信号参数为基础，同时在线性范围内，似乎很准确。但有时 很难做到，例如电解电容ESR不准确且随温度和频率变化；电感磁芯磁导率不是常数，还有由于分布 参数或工艺限制，电路存在分布参数等等，使得分析结果不可能完全吻合，有时甚至相差甚远。分析 方法只是作为实际调试的参考和指导。因此，在有条件的情况下，直接通过测量运算放大器以外的环 路的频率响应，根据6.4节的理论分析，利用测得的频率特性选择Venable误差放大器类型，对环路补 偿，并通过试验检查补偿结果，应当说这是最直接和最可靠设计方法。采用这个方法，你可以在一个 星期之内将你的电源闭环调好。前提条件是你应当有一台网络分析仪。 6.5.1如何开环测试响应 仅有极小误差（相对于参考电压）。例如，误差放大器在很低频率增益可能达到80dB或更高，因为 80dB即10000倍，迫使输出检测电压接近参考电压，误差仅万分之一，即0.01%。这当然远优于一般 参考电压的精度，因而通常输出电压的误差由参考电压的误差决定。 为保证电源在任何干扰下输出稳定，我们将测试除误差放大器以外的开关电源的环路频率特性， 来判断闭环穿越频率、放大器需要的增益以及需要补偿的相位，以此选择误差放大器类型。 为了开环测量误差放大器以外的环路增益，你可以利用控制芯片中的误差放大器。将误差放大器 接成跟随器，利用跟随器输入阻抗高的特点，在输入端将测试的扫频信号和决定直流工作点的偏置电 压求和E。直流工作点的偏置电压是一个可调直流电源（调节工作点）和一个交流扫频交流信号叠加 一起送入跟随器。调节可调直流电压，输出电压随之变化。可调电压增大输出电压也增大。调节可调 直流电压，使输出电压和负载达到规定的测试条件（输入电压最大和最小，负载满载和轻载），然后 测试分压器输出AC和扫频信号输出AC.的交流信号的幅值和相位，就得到相似于图6.36的除放大 器以外的增益特性蜀（AC t/AC.）。。应当注意，我们正在研究的是电源的小信号响应，是在一定 工作点附近的线性特性，所以测试应当在实际工作点（在规定的输出电压和负载以及规定的输入电源 电压）进行。即输出如果是5V，就应当将输出精确调节到5V，而不是3V或10V。一定要调节可调 电源精密调整到额定输出相差mV级以内，再进行开环测试。 测量开始前，应当确定变换器输出端确实接有规定负载（最大或最小负载）。开始测量时，应当从 零缓慢增加直流电压，直到输出达到额定输出电压。因为是开环，如果先调节输出电压到额定值，再 调节负载电阻，要是你忘记了接负载电阻，变换器空载或负载电阻很大，输出电压有可能过高而造成 输出电容击穿。 请注意，高增益功率级对可调直流电压十分敏感，用普通的实验室直流电源可能很难精确调节到 你所需要的电压。在这种情况下，你应尽量调节到实际输出电压5%以内。实在不行，你