為確保電壓穩壓器和開關電源（例如多相降壓變換器）的穩定性，必須測量和測試控制環路特性。進行適當補償的電壓控制器可實現穩定的輸出電壓，并降低負載變化和電源電壓變動的影響。控制電路的質量決定整個直流-直流開關電源的穩定性和動態響應。

羅德與施瓦茨解決方案

使用 R&S?MXOx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件輕松快速地在示波器上進行低頻響應分析。測定多種電子設備的頻率響應，包括無源濾波器和放大器電路。測量開關電源的控制環路響應和電源抑制比。R&S?MXOx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件使用示波器的內置波形發生器生成 10 mHz至 100 MHz的激勵信號。通過測量每個測試頻率下被測設備信號輸入和輸出之比，示波器波特圖會以對數方式顯示增益，以線性方式顯示相位。

R&S?MXOx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件可快速確定開關電源或線性穩壓器的增益和相位裕量。這些測量有助于確定控制環路穩定性。

R&S?MXOx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件可顯示對操作條件變化（例如電源電壓變動或負載電流變化）的系統響應。

選擇正確的注入點

測量設置

電源控制環路對比參考電壓 (Vref) 和反饋電壓 (Vfeedback)，并生成負反饋以確保穩定的輸出電壓。

控制環路響應測試需要在頻帶中將誤差信號注入控制環路的反饋路徑。要注入誤差信號，必須在反饋環路中插入一個小型電阻。如下圖“選擇正確的注入點”所示，與 R1 和 R2 串聯阻抗相比，5 Ω注入電阻微不足道。部分用戶會選擇始終采用這種低值注入電阻 (Rinjection) 進行測試。注入變壓器（如儀鼎 J2100A）可隔離交流失真信號，并消除任何直流偏置。

注入點和探測

為測量電壓反饋環路的環路增益，需要在適當的位置點斷開環路。在這個位置點注入失真信號。失真信號將分布在環路中。注入的失真信號將被放大或出現衰減和相移，具體取決于環路增益。對于 R&S?MXOx-K36 選件，示波器的發生器可生成失真信號。示波器可測量環路的傳遞函數。

為確保環路增益測量值與實際值相等，需要選擇合適的位置點：

尋找環路被限制到單一路徑的位置點，確保沒有并行信號流。

確保環路方向的阻抗遠大于此位置點的向后阻抗。向后阻抗與變換器的輸出阻抗相等，僅為幾毫歐。環路方向的阻抗源自補償器和分壓器，為幾千歐。

使用接地彈簧將為電源抑制比測量提供一流的信噪比

準確的控制環路響應特性測量取決于良好的探測操作。在部分測試頻率下，Vin和 Vout的峰-峰幅度會非常小。這些數值會被掩蓋在示波器的噪聲基底和/或被測設備的開關噪聲中。因此，提高測量信噪比將大幅改善頻率響應測量的動態范圍。大多數示波器通常會配備噪聲較大的 10:1 無源探頭。使用低噪聲 1:1 無源探頭將降低測量噪聲，并提高信噪比。在此應用中，羅德與施瓦茨推薦使用具有 38 MHz帶寬的 R&S?RT-ZP1X 1:1 無源探頭。

減少探頭的接地長度可以盡量減少感應接地環路。探頭的標配接地引線有時會起到天線作用，放大無用的開關噪聲。確定 Vin 和 Vout 測試點周圍的接地端子。

使用 R&S?RT-ZP1X 探頭的接地彈簧縮短接地。這將為測量提供理想的低噪聲接地。

直流-直流開關電源的穩定性測量（藍色跡線：增益；紅色跡線：相位）。右表顯示了幅度分布、標記和裕量測量結果。

設備設置
將示波器連接到被測電路后，開始測量：

將起始頻率和終止頻率設置為 10 mHz至 100 MHz，并確定發生器輸出電平。

設置十倍程頻率點以提高和調整采集分辨率。示波器每十倍程至多可采集 500 個頻率點。

設置發生器輸出的幅度分布（最高 100 步長），以抑制被測電路的噪聲特性。

按“運行”(Run) 以開始測量。測量結果顯示為相對于頻率的增益/相位圖。在感興趣的頻率點處設置標記。

測量結果
波特圖代表電路的傳遞函數，顯示與輸入頻率相關的幅度行為（以 dB 為單位）和相位特性（以度為單位），有助于驗證系統穩定性。用戶可以直接在圖中跡線上的所需位置設置標記，并使用圖例顯示標記坐標。為確定交叉頻率，將一個標記設置為 0 dB，將另一個標記設置為 –180° 相移。現在可以輕松確定相位和增益裕量。

測量結果表格包含每個測量點的詳細信息（頻率、增益和相移）。使用標記時，結果表格中的相關行將高亮顯示。可將屏幕截圖和/或表格結果快速保存至 USB 設備以生成報告。

總結

目前，工程師主要使用示波器來測試與測量電源設計。R&S?MXOx-K36 頻率響應分析（波特圖）選件價格合理，可代替低頻網絡分析儀或專用的獨立式頻率分析儀。