用于闭环DC-DC转换器网络分析的注入变压器

将电流互感器作为电压互感器运行，为作为测试附件出售的注入变压器提供了一种经济高效的替代方案。

工程实验室通常有一个网络分析仪，但很少有包括用于DC-DC转换器闭环分析的注入变压器。安捷伦将此类变压器作为测试设备配件出售，但价格昂贵。Ridley Engineering和venable也销售注入变压器。非处方注入变压器具有令人印象深刻的规格，但它们的价格也很高。请记住，它们只是变形金刚。作为替代方案，您可以通过将电流互感器作为电压互感器来获得具有成本效益的注入变压器。

宽带宽是设计变压器时最难实现的参数。一方面，低频性能需要更大的磁芯和更多的匝数，这增加了变压器的物理尺寸。另一方面，高频性能需要良好的耦合、小尺寸和最小匝数。

幸运的是，电流互感器对于大多数应用都是可以接受的。例如，脉冲工程公司的PE-51687在铁氧体磁芯上有一个100匝的初级绕组，没有次级绕组。穿过芯线的孔可让您使用绞合线自定义缠绕任意数量的次级匝数。导线用作被测电路的连接，并根据次级匝数提供驱动电平。

因为我们正在构建电压互感器，所以我们需要控制初级电压。假设变压器的初级电抗高于源的电抗，将50Ω电阻与初级并联可以正确端接网络分析仪源。对于低频， 初级的感抗必须高于变压器看到的戴维宁等效值（25Ω）。由于PE-51687的初级电感为20mH，因此变压器工作的最低频率为：Xl = 2×3.1416×频率×Lprim。

重新排列，频率 = 25/（6.28 × 20mH） = 200Hz。

200Hz的低频截止电压适用于小信号，但较大的电压会通过超过磁芯的伏秒额定值来诱发磁芯饱和。PE-51687 主器件指定 600V × ms（1V 表示 600ms）。因此，驱动电压电平也会限制低端频率响应。

高频响应受初级电容的限制。例如，PE-51687 响应可用于 5MHz，并且峰值超过该频率（图 1）。请注意，峰值非常大（+15dB），但与次级并联的22Ω电阻会降低（图2）。在大多数情况下，可以通过限制网络分析仪的上限扫描频率来避免峰值。

图1.PE-51687变压器的频率响应，具有8匝次级。

图2.PE-51687变压器的频率响应，次级电阻为22Ω。

图1和图2（以及后来的图5）的网络图由0dBm的网络分析仪源驱动，分析仪的50Ω输入由X10 （-20dB）FET探头缓冲，如图3的测试设置所示。本测试中的变压器有八匝特氟龙绝缘 24-AWG 电线。（特氟龙对于电路连接很有用，因为绝缘层可以承受焊接温度，但任何电线都是可以接受的。匝数比为100：8时，变压器的插入损耗为-21.9dB。因此，测量值（-42dBm）包括FET探头损耗。

图3.用于环路增益测量的注入变压器设置。

要测试带有注入变压器的闭环系统，必须在某个时候断开回路。此时，网络分析仪A端口（图3）的反射阻抗应该很低，R端口上的反射阻抗应该很高。这些条件很重要，因为如果超过交越的闭环增益远小于<>，则变压器注入的大部分信号将显示在R端口上。

例如，如果R端口上反射的阻抗仅比A端口上反射的阻抗高九倍，则A端口上将仅显示十分之一的信号。十分之九将出现在 R 端口上，与真正的环路响应无关。这种情况需要一个阻抗缓冲器（即FET探头）将网络分析仪的输入阻抗提高到其固有的50Ω电平以上。

在某些情况下，环路增益测试可以承受来自网络分析仪的50Ω负载，但许多电源的输出阻抗远低于50Ω，因此A端口上的负载不是问题。注意不要过驱动网络分析仪的50Ω输入。大多数分析仪将输入限制为5V有效值，维修费用可能很昂贵。衰减为-20dB的FET探头允许大多数分析仪测量高达50V的电压，而无需使用阻断电容。

配置测试设置后，确定信号注入的正确电平。网络分析仪更喜欢高于本底噪声的更高信号电平，但电源在响应大注入信号时可能不会线性运行。在这种情况下，压摆率、电流限制或削波可能决定电路行为。因此，建议使用略大于输出纹波的信号。

PE-51687 的 100：8 匝数比可轻松提供大于大多数输出纹波电压的信号。对于 0dBm （224 mV有效值）输入，变压器输出为18mV有效值（50mVp-p） - 良好的初始测试级别。网络分析仪的输出源可以调整注入水平。如果该布置不能提供足够的范围，您还可以通过增加或减少辅助匝数来调整驱动电平。

对于低频工作，脉冲工程公司的PE-51688提供具有200mH初级电感的80匝初级，可提供低至50Hz的有用信号。其伏秒额定值为 1200V × μs。对于更高的频率，50 圈 PE-51686 是一个不错的选择。对于非常高的频率（高达100MHz），请使用罗氏线圈。这些高带宽电流互感器具有内部电阻器，用于分流初级绕组上的每个绕组，并在初级和磁芯周围具有法拉第屏蔽。

分流电阻值乘以匝数产生近乎完美的50VValue，每个绕组上的电阻器将阻尼功能分配到整个变压器。虽然价格昂贵，但这种变压器几乎无振铃，并且可以轻松提供 100MHz 的信号（图 4）。图5的网络图显示了一台带单匝次级的50：1（1V/A）变压器，可从Pearson Electronics或Stangenes Industries Inc.获得。

图4.罗戈夫斯基电流互感器。

图5.1V/A、50：1 罗氏线圈的频率响应，带单圈次级。

使用电流检测变压器进行信号注入的主要缺点是它们在低频下的性能较差。大多数波特图在50Hz以下噪声较大，通常超过80dB，这超出了大多数网络分析仪的本底噪声限制。但是，大多数DC-DC系统在50Hz以下表现良好，不需要分析。如果需要低频测量，则必须使用具有更大磁芯、更多匝数或两者兼而有之的变压器。这些变化增加了变压器的物理尺寸，这在测试阶段可能是一个缺点。您还可以降低频率上限：当今大多数系统的交越频率远高于10kHz，这是PE-51687电流互感器的理想选择。

审核编辑：郭婷