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电源测试稳定性测量

发布时间:2020-07-21 17:32:20 阅读: 来源:建筑清水模板厂家

作者:Bob Hanrahan德州仪器

本文引用地址:

此前,我已经发表了有关如何测试电源设计的三篇文章中的前两篇,即效率测量(第 1 篇)和噪声测量(第 2 篇)。文章主要涵盖各种噪声源以及如何使用示波器正确测量噪声。此外,我还讨论了由线路及负载瞬态产生的输出错误问题。

今天,我要谈谈电源测试的第三个也是最后一个指标:稳定性测量。

电源属于闭环放大器,负责吸收电能并将其转换成具有特定稳压和/或电流的另一种电能形式。电源的稳压原理是传感输出并将输出的一部分与参考电压相比较。将传感信号与参考信号的差值进行放大,然后用于控制稳压器的功率级,以保持电压(或电流)恒定。(图1)。

电源采用从输出回到误差放大器的负反馈确保其在各种工作条件下(负载变化、温度变化以及输入电压变化等)的正确稳压。与任何稳定闭环系统一样,电源也必须确保在工作频率或风险振荡和/或其它不适应特性下闭环增益小于 1。电源负反馈条件必须与输入完全呈异相性或者构建小于 1 的增益,才能确保正确的工作。

典型的稳压器 IC 可在设备内提供必要的相位裕度,以确保稳定的工作。与所有工程师一样,IC 设计人员也需要进行工作极限假设,并经常提供用于调整内部相位延迟的控制机制,才能适应各种负载极限。可设计一款稳压器来提供具有额定输出阻抗的 90 度相位裕度。但如果该阻抗电容性比预期的要强,相位延迟就可能增加到与内部反馈点相同的相位点(也是从电源输出返回的相位点)。这种相位反转会产生增益大于 1 的正反馈(振荡器公式)。我们都很清楚这在稳压器电路中是不合适的。

许多稳压器都提供用于调整内部相位延迟的机制,通常通过具有几个无源组件的外部补偿网络来实现。但在某些情况下,稳压器并不提供这种机制,必须在特定工作极限内使用(各种负载极限下的最小/最大输出阻抗)。无论哪种情况,都必须对电路进行正确分析,才能确定是否有必要进行设计调整。虽然可对环路特性进行仿真,但却很难实现对 PCB 与连接器阻抗等实际系统级特性进行精确建模,尤其是使用较低成本的仿真工具。因此必须进行实际稳定性测量,才能了解环路的实际稳定性。

诚然,我已经了解了系统投入生产的许多情况,其在生产后期因环境变化和/或工作极限条件而变得不稳定。在这些情况下,原型设计可能运行良好,但电源内的相位和增益裕度却没在原型测试中得到测试。如果设计人员能够对电源的稳定性进行测试,就可在其造成更大生产成本问题之前找到并纠正该问题。

附录:

经常有人给我打电话问起测量升降压反相设计稳定性的问题(针对负输出电压配置的降压稳压器)。这个问题通常与设备至目标系统之间的连接有关。为了更好地理解差动注入点以及单端接收器输入的正确连接,我经常需要绘制控制环路电路图,这可使连接的最佳位置显而易见。隔离注入点几乎可以放在环路的任意位置,但是对于单端接收器探针而言却不是这样。探针参考接地的电势必须低于探针本身,这样二者才能更好的连接到负输出电压。为实现该目标,我们必须确保在测试过程中仪器接地与该电路的隔离。如果分析仪接地连接至底座接地,探针连接可能会使连接至接地的负输出电压电路短路。查看下图中的探针连接。参考针对特定工作及校准流程的分析仪手册。

下载图片的 pdf 文件:ck_Boost_Invert_f。

我偶尔会发现有人因没有准确校准频率响应分析仪,而导致波特图错误。最常见的错误之一就是在校准时使用隔离变压器却忽略了控制环路。为此,我绘制了以下电路图供大家参考。查看特定设备的校准程序。

您可在这里下载该图片的 pdf 文件:librating_f。

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