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环路分析测试应用
来源: | 作者:欧洲杯下单平台 | 发布时间: 2023-11-24 | 1009 次浏览 | 分享到:

1. 适用范围

环路分析的应用场合很广,在开关电源、运放反馈网络中,环路分析可以测量系统的增 益、相位随频率变化的曲线(伯德图),分析系统的增益余量与相位余量,以判定系统的稳定 性;在被动器件的阻抗分析中,环路分析可以观察电容、电感的高频阻抗曲线,测量电容 ESR 等。本文将介绍环路分析在开关电源上的实际使用。

2. 原理概述

环路分析的一个重要作用就是分析开关电源的稳定性。扫频测试原理主要是给开关电源 电路注入一个频率变化的正弦信号,测量开关电源在频域上的特性,通过分析穿越频率、增 益裕度和相位裕度来判断环路是否稳定,可以为电子工程师设计稳定的控制电路提供直观的 数据。另外,环路分析也有单频点测试功能。 

开关电源的稳定性关系到整个应用系统的可靠性,利用伯德图可以看出在不同频率下系 统增益的大小和相位。通过伯德图来对开关电源的环路稳定性进行判断和分析已经成为评估 开关电源可靠性必不可少的方法。 

在研发期间,反复的修改和调试电路时,环路分析可以提供直观的数据对比,同时测量 非常便捷,能快速的判断系统是否达到稳定状态,增强工程师对设计产品的信心。

3. 技术实现

3.1 环路增益模型

稳定可靠的系统通常是闭环系统(带反馈)。控制器根据系统的实际输出与理想输出的 偏差来设计算法,使输出值逼近设定值。图 3.1 表示的是反馈环路控制部分中的运放的环增 益模型,其传递函数为:

如果变换器中没有用到反馈控制环路(即图 3.1 中 H(s)部分),其传递函数一般为,可以看出输出随输入的变化而成线性的变化,没有稳压的作用。如果反馈环 路设计的不好,对于负载的瞬态改变,环路就不能做出及时恰当的调整,那么输出电源瞬间 会偏高或者偏低,会造成电源系统的振荡,对下一级构成损坏。此时若能够对环路测量就显 得很重要了。 

放大器的开环增益 G(s)是频率的函数,会随着频率的增加而减小,同时也和放大器的相 位有关,当 G(s)H(s)=-1,则其传递的值为∞,即增益是无穷大的,可以认为任意小的输入扰 动都能引起输出的无穷大,如果这种输出无穷大的信号在反馈到功率变换环节,势必会造成 最后输出的振荡。所以说可以通过分析 G(s)H(s)的增益和相位来判断系统的稳定性。 

我们可以通过环增益 GH 的频率特性来判断系统的稳定性,同时回路增益|GH|以及回路 相位差∠GH 的频率特性可以用伯德图来表示,。伯德图及相关参数如图 3.2 所示: