用網絡分析儀測量 DC-DC 轉換器的反饋環路特征

       低頻網絡分析儀可以通過額外的注入電路向反饋環路注入源信號，以便測量處于工作狀態的反饋環路。網絡分析儀測量注入電路 (帶有含高阻抗輸入的接收機端口 R 和 T) 兩端的交流電壓的比值。在施加激勵信號時要把信號注入到輸入阻抗 (Zin) 很高、輸出阻抗 (Zout) 很低的地方。

　　具體談到DC-DC變換器的測試情況，通常都是使用由變壓器和電阻組成的浮置激勵施加電路，把測試信號加在反饋電路路徑上的分壓電路之前，如圖1所示。通過把激勵信號加在滿足 Zin >> Zout 的點上，并讓電阻 R 滿足 Zin >> R >> Zout 的條件，我們就可以通過 T/R 比值的測量結果得到循環傳遞函數 –GH 的特性，這樣的測量方法不會干擾反饋環路原本的特征。

　　注入的信號電平不能太高，以避免反饋環路進入非線性區域。應使用高輸入阻抗的探頭來完成探測，這樣不會影響反饋環路的工作。

　　在測量頻率范圍方面，通常從 10 Hz 或 100 Hz 的低頻率處開始測量。但一般說來，對測量 DC-DC 轉換器的環路特征最重要的頻率范圍主要是在幾 kHz 到幾百 kHz 之間。LC 濾波器的諧振頻率和環路的交叉頻率都在這個范圍內。因此，低頻范圍內的測量沒必要如此嚴格。

　　注意這里討論的測量方法是基于只適用于線性電壓模式控制下的環路。它不適用于電流模式控制下的環路和非線性控制環路。

　　圖 1. 負反饋控制系統的環路增益測量方法

　　環路增益測量配置示例

　　圖2顯示的配置示例使用 E5061B-3L5 LF-RF 網絡分析儀的增益相位測試端口來測量環路增益。增益相位測試端口可提供 5 Hz 至 30 MHz 頻率范圍、1 MΩ/50 Ω 阻抗的可通斷直接接收機輸入。

　　使用變壓器 T1 和電阻器 R5 組成浮置信號施加電路。R5 的阻值應遠遠小于 Zin (通常為幾 kΩ 或幾十 kΩ)。另外，如果 R5 的電阻值太小，注入的測試信號就會出現過度衰減。一般廣泛使用的是 20 Ω 到 100 Ω，但是低電阻例如 5 Ω 可以提高變壓器的帶寬，這取決于使用的變壓器。測量時，要把接收機的端口 R 和 T 設置為 1 MΩ 輸入模式 (輸入阻抗 Zin=1 MΩ// 30 pF)。使用同軸測試電纜把 R 和 T 端口與被測器件相連。對于這個環路增益測量配置，推薦使用同軸測試引線而不是 10:1 無源探頭，因為在這個配置中，信號源端口和接收機端口都對被測件的接地浮置，10:1 無源探頭會導致與雜散耦合有關的測量誤差。 (注: 端口 R 和 T 對其機箱接地半浮置，浮置阻抗為大約 30 Ω，詳細配置將在圖 22 中介紹)。在這種情況下，如果同軸測試電纜的探測電容相對大一些就不是問題，因為這種測量要求的頻率范圍通常不超過 1 MHz，即便使用同軸測試電纜，我們也能獲得足夠高的探頭輸入阻抗。如果您在這個包括浮置信號源注入的測量配置中使用 10:1 無源探頭，建議按照圖 9 中虛線部分顯示的配置，使用短引線將 LF OUT 端口 (分析儀的機箱接地) 的外部屏蔽連接到被測件的接地。

　　在測量中通常使用直流電子負載或大功率的電阻器作為轉換器的負載。

　　在對測量系統進行校準時，需要把兩個測試電纜的探頭點在 TP1 測試點上做直通響應校準，這樣可以把兩個測試電纜之間幅度和相位的差異去掉。

　　圖 2. 測量環路增益的配置示例

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