解析開關(guān)電源環(huán)路穩(wěn)定的試驗方法
1、如何開環(huán)測試響應(yīng)
橋式、半橋、推挽、正激以及Buck變換器都有一個LC濾波電路,輸出功率電路對系統(tǒng)性能影響最大。為了討論方便,以圖6.31為例來說明測試方法,重畫為圖1(a)。電路參數(shù)為:輸入電壓115V,輸出電壓為5V,如前所述,濾波電感和電容分別為L=15μH,C=2600μF,PWM控制器采用UC1524,它的鋸齒波幅值為3V,只用兩路脈沖中的一路,最大占空比為0.5。為了測量小信號頻率特性,變換器必須工作在實際工作點:額定輸出電壓、占空比和給定的負載電流。
從前面分析知道,如果把開關(guān)電源看著放大器,放大器的輸入就是參考電壓。從反饋放大器電路拓撲來說,開關(guān)電源的閉環(huán)是一個以參考電壓為輸入的電壓串聯(lián)負反饋電路。輸入電源的變化和/或負載變化是外界對反饋控制環(huán)路的擾動信號。取樣電路是一個電阻網(wǎng)絡(luò)的分壓器,分壓比就是反饋系數(shù),一般是固定的(R2/(R1+R2))。參考電壓(相應(yīng)于放大器的輸入電壓)穩(wěn)定不變,即變化量為零,輸出電壓也不變(5V)。
如上所述,所有三種誤差放大器都有一個原點極點。在低頻閉環(huán)時,由于原點極點增益隨頻率減少而增高(即在反饋回路電容)在很低頻率,有一個最大增益,由誤差放大器開環(huán)增益決定。直流增益很高,這意味著直流電壓僅有極小誤差(相對于參考電壓)。例如,誤差放大器在很低頻率增益可能達到80dB或更高,因為80dB即10000倍,迫使輸出檢測電壓接近參考電壓,誤差僅萬分之一,即0.01%。這當然遠優(yōu)于一般參考電壓的精度,因而通常輸出電壓的誤差由參考電壓的誤差決定。
為保證電源在任何干擾下輸出穩(wěn)定,我們將測試除誤差放大器以外的開關(guān)電源的環(huán)路頻率特性,來判斷閉環(huán)穿越頻率、放大器需要的增益以及需要補償?shù)南辔,以此選擇誤差放大器類型。
為了開環(huán)測量誤差放大器以外的環(huán)路增益,你可以利用控制芯片中的誤差放大器。將誤差放大器接成跟隨器,利用跟隨器輸入阻抗高的特點,在輸入端將測試的掃頻信號和決定直流工作點的偏置電壓求和Σ。直流工作點的偏置電壓是一個可調(diào)直流電源(調(diào)節(jié)工作點)和一個交流掃頻交流信號疊加一起送入跟隨器。調(diào)節(jié)可調(diào)直流電壓,輸出電壓隨之變化?烧{(diào)電壓增大輸出電壓也增大。調(diào)節(jié)可調(diào)直流電壓,使輸出電壓和負載達到規(guī)定的測試條件(輸入電壓最大和最小,負載滿載和輕載),然后測試分壓器輸出ACout和掃頻信號輸出ACin的交流信號的幅值和相位,就得到除放大器以外的增益特性Gt(ACout/ACin)。應(yīng)當注意,我們正在研究的是電源的小信號響應(yīng),是在一定工作點附近的線性特性,所以測試應(yīng)當在實際工作點(在規(guī)定的輸出電壓和負載以及規(guī)定的輸入電源電壓)進行。即輸出如果是5V,就應(yīng)當將輸出精確調(diào)節(jié)到5V,而不是3V或10V。一定要調(diào)節(jié)可調(diào)電源精密調(diào)整到額定輸出相差mV級以內(nèi),再進行開環(huán)測試。
測量開始前,應(yīng)當確定變換器輸出端確實接有規(guī)定負載(最大或最小負載)。開始測量時,應(yīng)當從零緩慢增加直流電壓,直到輸出達到額定輸出電壓。因為是開環(huán),如果先調(diào)節(jié)輸出電壓到額定值,再調(diào)節(jié)負載電阻,要是你忘記了接負載電阻,變換器空載或負載電阻很大,輸出電壓有可能過高而造成輸出電容擊穿。
請注意,高增益功率級對可調(diào)直流電壓十分敏感,用普通的實驗室直流電源可能很難精確調(diào)節(jié)到你所需要的電壓。在這種情況下,你應(yīng)盡量調(diào)節(jié)到實際輸出電壓5%以內(nèi)。實在不行,你得買或做一臺可調(diào)節(jié)到mV以內(nèi)的精密電壓源。還應(yīng)當注意有些PWM芯片有失調(diào)電壓,電壓達到大約1V占空度仍然為零。
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