解析開關電源環(huán)路穩(wěn)定的試驗方法

前面頻率特性分析方法是以元器件小信號參數(shù)為基礎,同時在線性范圍內(nèi),似乎很準確。但有時很難做到,例如電解電容ESR不準確且隨溫度和頻率變化;電感磁芯磁導率不是常數(shù),還有由于分布參數(shù)或工藝限制,電路存在分布參數(shù)等等,使得分析結果不可能完全吻合,有時甚至相差甚遠。分析方法只是作為實際調試的參考和指導。因此,在有條件的情況下,直接通過測量運算放大器以外的環(huán)路的頻率響應,根據(jù)6.4節(jié)的理論分析,利用測得的頻率特性選擇Venable誤差放大器類型,對環(huán)路補償,并通過試驗檢查補償結果,應當說這是最直接和最可靠設計方法。采用這個方法,你可以在一個星期之內(nèi)將你的電源閉環(huán)調好。前提條件是你應當有一臺網(wǎng)絡分析儀。      
1、如何開環(huán)測試響應      

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直流電源(調節(jié)工作點)和一個交流掃頻交流信號疊加一起送入跟隨器。調節(jié)可調直流電壓,輸出電壓隨之變化?烧{電壓增大輸出電壓也增大。調節(jié)可調直流電壓,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)。應當注意,我們正在研究的是電源的小信號響應,是在一定工作點附近的線性特性,所以測試應當在實際工作點(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,就應當將輸出精確調節(jié)到5V,而不是3V或10V。一定要調節(jié)可調電源精密調整到額定輸出相差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),如果先調節(jié)輸出電壓到額定值,再調節(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。     


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