圖文解說開關(guān)電源測試

一、開關(guān)電源工作原理

1、開關(guān)電源是一種高頻開關(guān)式的能量變換電子電路，常作為設(shè)備的電源供應(yīng)器，常見變換分類有：AC-DC、DC-DC、DC-AC 等。

2、開關(guān)電源原理框圖

（1） 市電進(jìn)入電源后，首先經(jīng)過是最前級(jí)的EMI 濾波電路部份，EMI 濾波的主要作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對(duì)電源的干擾，同時(shí)還有減少開關(guān)電源本身對(duì)外界的電磁干擾。實(shí)際上它是利電感和電容的特性，使頻率為50Hz 左右的交流電可以順利通過濾波器，而高于50Hz 以上的高頻干擾雜波將被濾波器濾除。

（2） 經(jīng)過EMI 濾波，所得到較為平整的正弦波交流電被送入前級(jí)整流電路進(jìn)行整流，整流工作都由全橋式整流二極管來擔(dān)任。經(jīng)過全橋式整流二級(jí)管整流后，電壓全部變成正相電壓。不過此時(shí)得到的電壓仍然存在較大的起伏，這就必須使用高壓濾波電容進(jìn)行初步穩(wěn)壓，將波形修正為起伏較小的波形。

（3） 把直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的脈動(dòng)直流電，這一步由控制電路來完成。輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的?？刂齐娐纺壳耙鸭苫?，制成了各種開關(guān)電源用集成電路。

（4） 把得到的脈動(dòng)直流電，送到高頻開關(guān)變壓器進(jìn)行降壓。再由二極管和濾波電容組成的低壓濾波電路進(jìn)行整流和濾波就得到了設(shè)備上使用的純靜的低壓直流電。

3、開關(guān)電源特點(diǎn)：

（1） 開關(guān)電源是一種非線性電源，體積和重量輕。

（2） 功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶體管上的功耗小，轉(zhuǎn)化效率高。

二、開關(guān)電源測試方法

1、測試項(xiàng)目：環(huán)路增益、輸出阻抗、輸出紋波、開關(guān)噪聲等

2、環(huán)路增益測試：

開關(guān)電源電路可以看作是一個(gè)簡單的反饋控制系統(tǒng)

一個(gè)負(fù)反饋回路，當(dāng)GH=-1 的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生自激(GH 稱為開環(huán)增

益)。分解為:幅度條件：|GH|=1、相位條件：GH 的相位Φ=-180º
開環(huán)特性是一個(gè)很重要的參數(shù)，表征反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常用增益裕量和相位裕量來表示：
增益裕量：Φ=-180º時(shí)，0-Gain(dB)
相位裕量：Gain=0 時(shí)，Φ-（-180º）

通常用波特圖來表示

在測試開環(huán)特性時(shí)，開關(guān)電源應(yīng)工作在閉環(huán)狀態(tài)，以保證系統(tǒng)狀態(tài)的穩(wěn)定。測試方案如下：

（1）測試設(shè)備：

4395A、41802A*2（50ohm 到1Mohm 轉(zhuǎn)接頭）、10441B*2（探頭）、9100－0855（變壓器）

（2）測試框圖：

開關(guān)電源的輸出加電子負(fù)載；誤差放大器的輸入端通過41802A 1 MΩ 輸入適配器和10441B探頭連接到4395A 的R 端口上；開關(guān)電源輸出通過41802A 和10441B 連接到4395A 的A 端口；4395A 的射頻輸出通過變壓器加到誤差放大器的輸入和開關(guān)電源輸出端。R 通道用來測量注入到環(huán)路的信號(hào)，A 通道用來測量環(huán)路的輸出信號(hào)。A/R 就是環(huán)路的開環(huán)特性。為保證測量的準(zhǔn)確，在測試之前需要進(jìn)行直通校準(zhǔn)。

（3） 測試中的注意事項(xiàng)：

A、為了將射頻能量有效注入到被測件，變壓器的阻抗不能明顯低于4395A 射頻輸出端口阻抗（50ohm）；變壓器在測試頻率范圍內(nèi)不能有諧振點(diǎn)，應(yīng)該表現(xiàn)出感性，以有效注入信號(hào)。對(duì)變壓器特性的測試可以用阻抗分析儀和16047E 測試夾具：

B、4395A 的射頻輸出信號(hào)即不能太大也不能太小，信號(hào)太小測到都是噪聲，太大則反饋回路飽和。信號(hào)的大小取決于變壓器，飽和情況取決于每一個(gè)開關(guān)電源，以此沒有一個(gè)固定值。

可以在測量的時(shí)候改變激勵(lì)功率，看A/R、A、R 來確定一個(gè)合適的激勵(lì)功率。

（4）測試結(jié)果讀?。?/p>

A、通常會(huì)在full load、half load、zero load 幾種情況下測量；

B、相位要在unwrap 下讀取

C、增益裕量：A/R 的相位為0 時(shí)的環(huán)路增益

相位裕量：環(huán)路增益為0dB 時(shí)相位值

如上圖：相位裕量是67.4º，在580Hz（線A）；增益裕量是38.1dB，在18.6KHz（線B）此時(shí)的增益裕量和相位裕量的讀取方法和原理部分介紹時(shí)略有不同，原因在于：在測量時(shí)A/R 中包含誤差放大器（不僅僅是GH），有180 度的反向變化。

（5） 環(huán)路增益測試對(duì)測試設(shè)備的要求：

對(duì)測試設(shè)備要求 4395A(網(wǎng)絡(luò)分析儀)頻率覆蓋范圍從10Hz 到50KHz 或者更高 頻率范圍從10Hz 到500MHz

窄帶寬 IFBW 2Hz 到 30KHz

高頻率分辨率 測試點(diǎn)數(shù)：2 到801；頻率分辨率：1mHz

對(duì)數(shù)掃描 掃描方式：對(duì)數(shù)掃描

增益和相位模式 Format: LogMag and Phase

Marker功能-最少4個(gè)（每個(gè)裕量2個(gè)）或者Delta-Marker 8個(gè)Marker和Delta-Marker

小激勵(lì)功率 輸出功率-60dBm到20dBm

3、輸出阻抗

（1）測試設(shè)備：

4395A、41802A*2（50ohm 到1Mohm 轉(zhuǎn)接頭）、10441B*2（探頭）、9100－0855（變壓器）

（2）測試框圖：

A/R lin MAG 為測試結(jié)果。為了保證測試的準(zhǔn)確，需要在測試前進(jìn)行直通校準(zhǔn)。

（3）測試中需要注意的問題：為了防止從開關(guān)電源上有直流電輸出到T1 上，將電容C 放到+out 和T1 中間。T1 的阻抗在測試的頻率范圍內(nèi)應(yīng)該小于幾個(gè)歐姆，推薦470uF。

（4）測試結(jié)果：

(5)輸出阻抗測試對(duì)測試設(shè)備的要求

對(duì)測試設(shè)備的要求 4395A(網(wǎng)絡(luò)分析儀)

頻率范圍從100Hz 到100KHz 甚至更寬 頻率范圍從10Hz 到500MHz

高頻率分辨率 測試點(diǎn)數(shù)：2 到801；頻率分辨率：1mHz

對(duì)數(shù)掃描 掃描方式：對(duì)數(shù)掃描

Marker 功能 8 個(gè)Marker

Pass/Fail 功能 內(nèi)置的極限線功能用于Pass/Fail 測試

4、電源輸出波動(dòng)，開關(guān)噪聲測試

（1） 測試設(shè)備：4395A、41802A（50ohm 到1Mohm 轉(zhuǎn)接頭）、10441B（探頭）

（2） 測試框圖

使用頻譜儀模式來觀察輸出信號(hào)的特性

（3） 測試結(jié)果

（4） 電源輸出波動(dòng)，開關(guān)噪聲測試對(duì)測試設(shè)備的要求

對(duì)測試設(shè)備的要求 4395A(頻譜分析儀)

寬頻率覆蓋范圍 頻率范圍從10Hz 到500MHz

窄帶寬，測試速度快 IFBW：1Hz 到1MHz（窄IFBW 時(shí)測試速度也很快）

對(duì)數(shù)掃描 掃描方式：對(duì)數(shù)掃描

Marker 功能 8 個(gè)Marker

Pass/Fail 功能 內(nèi)置的極限線功能用于Pass/Fail 測試