基于示波器的电源环路响应测试方案

环路补偿设计一直是开关电源行业的一大难题，新手工程师在学习或者调试环路设计时总感觉无从下手，甚至大部分资深的电源设计工程师都对环路补偿一知半解。

究其原因主要是因为大部分工程师从来没有进行过实际的开关电源环路响应测试（包括增益曲线与相位曲线）。

当然环路稳定性的相关性能指标可以通过理论计算或者软件仿真，但是因为其计算复杂并且准确度不高，造成实际应用有限。

大多数有经验的工程师都是基于其产品输出性能指标（比如负载动态响应，产品噪声等）来反推环路特性，在环路稳定性出现问题时去尝试不同的补偿方法，最后再通过输出性能测试结果是否改善来判断所用补偿方法是否有效。

但是使用这种方法会造成很多问题，首先是没办法根据实际的环路增益曲线做针对性整改对策，会浪费很多时间去尝试不同的整改方法，甚至造成项目无法如期完工。

还有无法通过输出性能指标来判断相位裕度是否合适，这样就无法确保所设计产品的可靠性。

再比如没有实际的环路测试，每次修改补偿之后无法得知增益曲线及相位曲线的实际变化，这样就很难通过实战提高自己对环路补偿的理解，以至于很多资深工程师对环路补偿设计身经百战却对其基本原理一窍不通。

环路响应测试如此重要，为什么电源行业很多公司都不进行环路响应测试呢？究其原因，主要是因为传统的环路响应测试设备（网络分析仪）价格昂贵，并且针对电源行业来说，该设备的利用率非常的低。

基于上述问题，今天我将给大家介绍目前市场上最新颖最经济的环路响应测试方案--基于示波器的电源环路响应测试方案。

测试原理图

1.    把分压电阻和输出电压断开，串入一个5-50ohm注入电阻；

2.   利用示波器波形发生器，经过隔离变压器连接到注入电阻两端；

3.   示波器两个通道分别测量注入电阻上端到地电压（输出电压）和注入电阻下端到地电压（传递函数的Vin）；

4.   利用示波器自带环路响应测试软件运行自动测试，即可测出开关电源增益和相位曲线。

测试结果分析与判断依据

a.   穿越频率（增益为0dB时对应的频率）：建议为开关频率的5%--20%

b.   相位裕度（增益为0dB时对应的相位）：要求一定要大于45°，建议45°-- 80°

c.    穿越斜率（0dB附近）：要求为单极点穿越（-20dB每十倍频斜率穿越0dB）

d.   增益裕度（相位为0°时对应的增益）：      建议小于 -10dB

e.   增益衰减（开关频率对应的增益）：建议值小于 -20dB

单频率点测试模式

除了测试简单，价格便宜，利用率高之外，示波器环路响应测试方案还提供单频率点测试（时域波形观察）功能，利用单频率点测试，可以轻易地判断出注入电压设置是否合理。

是否因为注入电压过大造成失真，这是其他任何环路响应测试方案都不具备的优点。

执行穿越频率对应的单点测试，注入信号与输出信号幅值相等，增益为0dB, 信号没有失真。

当注入电压设置过大时，利用示波器方案可以轻易判断出信号是否失真，如上图，同样频率下如果信号失真则增益不为0dB，会造成测试结果不对。

和网络分析仪测试结果对比

在穿越频率附近，注入信号和输出信号幅值一般都有几十mV, 示波器测量精度完全可以信任，下图是示波器和最传统的环路响应测试设备网络分析仪测试结果对比，两者的测试结果几乎没有区别。