DC-DC转换器环路增益测量

DC-DC转换器环路增益测量1.背景和测量方法DC-DC转换器可以看作是一个简单的反馈控制系统。如图1所示。图1 DC-DC转换器可抽象为一个反馈系统对于一个负反馈回路，闭环增益：C G1 + GH当GH=-1的时候会产生自激(GH称为开环增益)。可分解为：幅度条件：|GH|=1 相位条件：GH的相位=-180开环特性是一个很重要的参数，表征反馈系统的稳定性，通常用增益裕 量和相位裕量来表示：增益裕量:=-180时,0-Gain(dB) 相位裕量：Gain=0时，-(-180 )通常用波特图来表示如下:相位10it*増益裕量频率相位裕星频率图2负反馈系统的开环增益在测试开环特性时，开关电源应工作在闭环状态，以保证系统状态的稳定。图3 环路增益测试连接图开关电源的输出加电子负载；误差放大器的输入端通过示波器的高阻无 源探头连接到网络分析仪E5061B的R端口上；开关电源输出通过示波器的高阻 探头连接到E5061B的T端口； E5061B的低频LF输出端口通过变压器加到误差 放大器的输入和开关电源输出端。R端口用来测量注入到环路的信号，T端口用来测量环路的输出信号。T/R 就是环路的开环特性。为保证测量的准确，在测试之前需要进行直通校准（用 Mem数据归一化即可）。为了将射频能量有效注入到被测件，变压器的阻抗不能明显低于E5061B低频LF输出端口阻抗（50欧姆）；变压器在测试频率范围内不能有谐 振点，应该表现出感性，以有效注入信号。E5061B的低频LF输出信号不能太大也不能太小，信号太小测到都是噪 声，太大则反馈回路饱和。信号的大小取决于变压器，饱和情况取决于每一个开 关电源，以此没有一个固定值。可以在测量的时候改变激励功率，看 T/R、T、R 来确定一个合适的激 励功率。测试结果读取：A、通常会在full load、half load、zero load几种情况下测量；B、相位要在unwrap下读取C、增益裕量：T/R的相位为0时的环路增益。相位裕量：环路增益为0dB时相位值。AB图31 环路增益的读取如上图：相位裕量是67.4 ，在580Hz （线A）；增益裕量是38.1dB, 在18.6KHz （线B）此时的增益裕量和相位裕量的读取方法和原理部分介绍时略 有不同，原因在于：在测量时T/R中包含误差放大器（不仅仅是GH），有180度 的反向变化。2.测量仪器和附件测量DC-DC转换器环路增益用到的仪器是：E5061B。E5061B针对这个 应用专门设计了 1Mohm输入阻抗接口，使其可以直接连接示波器无源探头进行测 试；DC-DC转换器环路增益的测试频率范围：5Hz到30MHz，满足各种测试要求; 还支持阻抗测量，可进行PDN的毫欧级输出阻抗测量；30ohm半浮地的设计确保 低频时的测量精度。测试时需要用到 1：1 的变压器，可使用：安捷伦提供的变压器(5188-4425)；或 Nor th Hills 公司的 0017CC 变压器；或 Pic ot est 公司的 J2100A 5MHz 或更高频的变压器。测试 DC-DC 转换器环路增益的完整配置如下：1. E5061B选件：005，3L52. N2873A (需要 2 个)5188-4425BNC 电缆一根如果要测试输出阻抗，还需要增加：BNC电缆2根，11667LBNC功分 器1个(用于低频输出口的测试，频率5Hz-30MHz) ； N(m)-SMA(f)转换头2个, SMA-SMA同轴电缆2根，85033E校准件1套(用于高频输出口的测试，频率到 3GHz)。