CN102331529B - 开关电源反馈环路的稳定性测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关电源反馈环路的稳定性测试方法及系统，包括开关电源反馈环路的慢环通道测试过程和开关电源反馈环路的快环通道测试过程。该方法能够通过分别测试开关电源反馈环路的慢环通道和快环通道的增益和相位，对所测的数据进行矢量运算，波形合成，使测试数据更能准确的体现开关电源环路相位增益值，并可以判定开关电源的反馈环路工作是否稳定，可通过隔离变压器防止电源的直流信号进入仪器、对仪器造成损坏。
Description
技术领域
本发明涉及电子测试技术领域，具体是开关电源反馈环路的稳定性测试方法及系统。
背景技术
目前，大多数公司测量开关电源反馈环路稳定性的方法是通过使用频普特性分析仪，在一定的频带宽度范围内测量环路的增益、相位值。即当增益为零时，环路的相位余裕应大于规定值，当相位为零时，环路的增益余裕应大于规定值，如不满足要求，开关电源就可能工作不稳定，造成损坏。
现有的技术方案是：先断开开关电源的输出端与三端可调分流基准源(通常为TL431等)之间的调整电阻，然后在他们之间串接一个10欧至50欧的电阻，频普特性分析仪的扫频噪音信号通过此电阻注入到电源的反馈环路，频普特性分析仪通过一定的运算后从输出读取环路的增益和相位值。该现有技术的缺点：一是：电源的反馈环路上有两个：一个是快环通道，一个是慢环通道，而该现有技术中仅仅只测试了慢环通道而没有测试快环通道，导致得到的测试数据不准确；二是扫频噪音信号是直接通过一个10欧至50欧的电阻注入到电路中，这样就有可能导致电源的直流信号进入仪器，对仪器造成损坏。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种测试数据准确的开关电源反馈环路的稳定性测试方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种开关电源反馈环路的稳定性测试方法，其包括步骤：
对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1；
对开关电源反馈环路的快环通道进行测试得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2；
根据所述频谱特性的复函数表达式Z1和频谱特性的复函数表达式Z2计算得到增益、相位与频率之间的关系。
优选地，所述对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试得到开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，具体包括：
频谱特性分析仪输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中；
检测输入到所述开关电路环路的扫频噪音信号的大小Vt1和检测Vt1在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr1；
根据Vr1、Vt1得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1。
优选地，所述对开关电源反馈环路的快环通道进行测试得到开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2，具体包括：
频谱特性分析仪输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中；
检测输入到所述开关电路环路的扫频噪音信号的大小Vt2和检测Vt2在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr2；根据Vr2、Vt2得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。
优选地，所述频谱特性分析仪通过隔离变压器输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中。
优选地，所述对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试时，
先断开所述开关电源反馈环路中的快环处元器件与输出之间的连接，并在该快环处器件与地之间连接一个与输出相等的直流电压+VCC，所述隔离变压器串接在慢环处元器件与输出之间。
优选地，所述对开关电源反馈环路的快环通道进行测试时，
先断开所述开关电源反馈环路中的慢环处元器件与输出之间的连接，并在该慢环处器件与地之间连接一个与输出相等的直流电压+VCC，所述隔离变压器串接在快环处元器件与输出之间。
优选地，根据所述频谱特性的复函数表达式Z1和频谱特性的复函数表达式Z2计算得到增益、相位与频率之间的关系，具体包括：
将频谱特性的复函数表达式Z1与频谱特性的复函数表达式Z2的对应的相同频率点实部与实部、虚部与虚部分别相加；
根据上述相加的结果获取环路增益为：Gain＝20*lg((X2+Y2)0.5)，获取环路相位为：Phase＝Degrees(ATAN(Y/X))，Gain为环路增益函数，Phase是环路相位的函数，Degrees角度函数，ATAN为反正切函数，其中：Z＝Z1+Z2＝(X1+X2)+(Y1+Y2)j＝X+Yj；Z1＝X1+Y1j，Z2＝X2+Y2j，X1、X2为频率点实部，Y1、Y2为频率点虚部，Z1为慢环通道频谱特性的复函数表达式，Z2为快环通道的频谱特性的复函数表达式，Z为合成后的频谱特性的复函数表达式。
一种开关电源反馈环路的稳定性测试系统，其包括：频谱特性分析仪和计算处理装置，其中：
所述频谱特性分析仪，用于对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试得到第一测试结果，将所述第一测试结果输入到所述计算处理装置，以及对开关电源反馈环路的快环通道进行测试得到第二测试结果，将所述第二测试结果输入到所述计算处理装置；
所述计算处理装置，用于根据所述第一测试结果计算得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，根据所述第二测试结果计算得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。
优选地，所述频谱特性分析仪，用于输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中，检测输入到所述开关电路环路的扫频噪音信号的大小Vt1和检测Vt1在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr1；以及用于输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中，检测输入到所述开关电路环路的扫频噪音信号的大小Vt2和检测Vt2在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr2；并将所述Vr1、Vt1、Vr2和Vt2输送到计算处理装置；
所述计算处理装置，用于根据Vr1、Vt1得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，以及根据Vr2、Vt2得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。
优选地，所述计算处理装置，用于将Z1与Z2的对应的相同频率点实部与实部、虚部与虚部分别相加，根据上述相加的结果获取环路增益为：Gain＝20*lg((X2+Y2)0.5)；获取环路相位为：Phase＝Degrees(ATAN(Y/X))，Gain为环路增益函数，Phase是环路相位的函数，Degrees角度函数，ATAN为反正切函数，其中：Z＝Z1+Z2＝(X1+X2)+(Y1+Y2)j＝X+Yj；Z1＝X1+Y1j，Z2＝X2+Y2j，X1、X2为频率点实部，Y1、Y2为频率点虚部，Z1为慢环通道频谱特性的复函数表达式，Z2为快环通道的频谱特性的复函数表达式，Z为合成后的频谱特性的复函数表达式。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明提供的方法及系统，能够通过分别测试开关电源反馈环路的慢环通道和快环通道的增益和相位，对所测的数据进行矢量运算，波形合成，使测试数据更能准确的体现开关电源环路相位增益值，并可以判定开关电源的反馈环路工作是否稳定，可通过隔离变压器防止电源的直流信号进入仪器、对仪器造成损坏。
附图说明
图1为本发明实施例提供的方法流程图；
图2是本发明实施例提供的系统结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种开关电源反馈环路的稳定性测试方法，如图1所示，该方法包括步骤：
S110、对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，在该测试过程中：先断开所述开关电源反馈环路中的快环处元器件与输出之间的连接，并在该快环处器件与地之间连接一个与输出相等的直流电压+VCC，在慢环处元器件与输出之间串接一个隔离变压器，并向该开关电源反馈环路输入该频谱特性分析仪输出扫频噪音信号，开通开关电源的电源进行测试。
更为具体的实施例中，在步骤S110中的开关电源反馈环路的慢环通道测试过程包括：
S111、频谱特性分析仪输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中；在进一步的实施例中，为了防止电源的直流信号进入仪器、对仪器造成损坏，该频谱特性分析仪通过隔离变压器连接该开关电源反馈环路。
S112、检测输入到所述开关电路环路的扫频噪音信号的大小Vt1和检测Vt1在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr1。
该Vt1是隔离变压器之后且输入到开关电源反馈环路中的扫频噪音信号，该Vr1是开关电路环路输出的信号。
S113、根据Vr1、Vt1得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1；具体的，频谱特性分析仪根据检测到的Vr1信号和Vt1信号在该频谱特性分析仪的输出显示屏上的形成增益曲线和相位曲线，抽取这两个曲线上的每个频率点的实部和虚部构成该复函数表达式Z1。
S120、对开关电源反馈环路的快环通道进行测试得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2，在该测试过程中：先断开所述开关电源反馈环路中的慢环处元器件与输出之间的连接，并在该慢环处器件与地之间连接一个与输出相等的直流电压+VCC，在快环处元器件与输出之间串接一个隔离变压器，并向该开关电源反馈环路输入该频谱特性分析仪输出扫频噪音信号，开通开关电源的电源进行测试。
更为具体的实施例中，在步骤S120中的开关电源反馈环路的快环通道测试过程包括：
S121、频谱特性分析仪输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中；
在进一步的实施例中，为了防止电源的直流信号进入仪器、对仪器造成损坏，该频谱特性分析仪通过隔离变压器连接该开关电源反馈环路。
S122、检测输入到所述开关电路环路的扫频噪音信号的大小Vt2和检测Vt2在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr2。
该Vt2是隔离变压器之后且输入到开关电源反馈环路中的扫频噪音信号，该Vr2是开关电路环路输出的信号。
S123、根据Vr2、Vt2得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。具体的，频谱特性分析仪根据检测到的Vr2信号和Vt2信号在该频谱特性分析仪的输出显示屏上的形成增益曲线和相位曲线，抽取这两个曲线上的每个频率点的实部和虚部构成该复函数表达式Z2。
S130、根据上述频谱特性的复函数表达式Z1和频谱特性的复函数表达式Z2计算得到增益、相位与频率之间的关系。其中，该步骤S130具体包括：将频谱特性的复函数表达式Z1和频谱特性的复函数表达式Z2的对应的相同频率点实部与实部、虚部与虚部分别相加；
根据上述相加的结果获取环路增益为：Gain＝20*lg((X2+Y2)0.5)，获取环路相位为：Phase＝Degrees(ATAN(Y/X))，Gain为环路增益函数，Phase是环路相位的函数，Degrees角度函数，ATAN为反正切函数，其中：Z＝Z1+Z2＝(X1+X2)+(Y1+Y2)j＝X+Yj；Z1＝X1+Y1j，Z2＝X2+Y2j，X1、X2为频率点实部，Y1、Y2为频率点虚部，Z1为慢环通道频谱特性的复函数表达式，Z2为快环通道的频谱特性的复函数表达式，Z为合成后的频谱特性的复函数表达式。
上述实施例中，为了更加方便和准确的得到上述函数表达式的值，将上述各个数据输送到EXCELL表格中，进行上述函数的运算。
本发明实施例提供一种开关电源反馈环路稳定性测试系统，如图2所示，该系统包括：频谱特性分析仪210和计算处理装置220，该计算处理装置220可以为计算机，该计算机也可以与所述频谱特性分析仪210为一体机，也可为为独立的计算处理装置，其中：
所述频谱特性分析仪210，用于对开关电源反馈环路230的慢环通道进行测试得到第一测试结果，将所述第一测试结果输入到所述计算处理装置220，以及对开关电源反馈环路230的快环通道进行测试得到第二测试结果，将所述第二测试结果输入到所述计算处理装置220；
所述计算处理装置220，用于根据所述第一测试结果计算得到所述开关电源反馈环路230的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，根据所述第二测试结果计算得到所述开关电源反馈环路230的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。
更为具体的，所述频谱特性分析仪210，用于输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路230中，检测输入到所述开关电路环路230的扫频噪音信号的大小Vt1和检测Vt1在开关电路环路230中运行一圈后的输出信号的大小Vr1；以及用于输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路230中，检测输入到所述开关电路环路230的扫频噪音信号的大小Vt2和检测Vt2在开关电路环路中运行一圈后的输出信号的大小Vr2，并将所述Vr1、Vt1、Vr2和Vt2输送到计算处理装置；
所述计算处理装置220，用于根据Vr1、Vt1得到所述开关电源反馈环路230的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，以及根据Vr2、Vt2得到所述开关电源反馈环路230的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。
更为具体的，所述计算处理装置220，用于将频谱特性的复函数表达式Z1与频谱特性的复函数表达式Z2的对应的相同频率点实部与实部、虚部与虚部分别相加；
根据上述相加的结果获取环路增益为：Gain＝20*lg((X2+Y2)0.5)，获取环路相位为：Phase＝Degrees(ATAN(Y/X))，Gain为环路增益函数，Phase是环路相位的函数，Degrees角度函数，ATAN为反正切函数，其中：Z＝Z1+Z2＝(X1+X2)+(Y1+Y2)j＝X+Yj；Z1＝X1+Y1j，Z2＝X2+Y2j，X1、X2为频率点实部，Y1、Y2为频率点虚部，Z1为慢环通道频谱特性的复函数表达式，Z2为快环通道的频谱特性的复函数表达式，Z为合成后的频谱特性的复函数表达式。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种开关电源反馈环路的稳定性测试方法，其特征在于，包括步骤：
对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1；在测试过程中：先断开所述开关电源反馈环路中的快环处元器件与输出之间的连接，并在该快环处元器件与地之间连接一个与输出相等的直流电压+VCC，隔离变压器串接在慢环处元器件与输出之间；
对开关电源反馈环路的快环通道进行测试得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2；在测试过程中：先断开所述开关电源反馈环路中的慢环处元器件与输出之间的连接，并在该慢环处元器件与地之间连接一个与输出相等的直流电压+VCC，隔离变压器串接在快环处元器件与输出之间；
根据所述Z1和Z2计算得到所述开关电源反馈环路的增益、相位与频率之间的关系；
所述根据所述Z1和Z2计算得到所述开关电源反馈环路的增益、相位与频率之间的关系具体包括：
将Z1与Z2的对应的相同频率点实部与实部、虚部与虚部分别相加；
根据上述相加的结果获取环路增益为：Gain=20*lg((X2+Y2)0.5)，获取环路相位为：Phase=Degrees(ATAN(Y/X))，Gain为环路增益函数，Phase是环路相位的函数，Degrees角度函数，ATAN为反正切函数，其中：Z=Z1+Z2=（X1+X2）+（Y1+Y2）j=X+Yj；Z1=X1+Y1j，Z2=X2+Y2j，X为合成后的频率点实部，X1、X2为频率点实部，Y为合成后的频率点虚部，Y1、Y2为频率点虚部，Z1为慢环通道频谱特性的复函数表达式，Z2为快环通道的频谱特性的复函数表达式，Z为合成后的频谱特性的复函数表达式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对开关电源反馈环路的慢环通道进行测试得到开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1，具体包括：
频谱特性分析仪输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中；
检测输入到所述开关电源反馈环路的扫频噪音信号Vt1和检测该扫频噪音信号Vt1在开关电源反馈环路中运行一圈后输出的信号Vr1；
根据Vr1、Vt1得到所述开关电源反馈环路的慢环通道的频谱特性的复函数表达式Z1。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对开关电源反馈环路的快环通道进行测试得到开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2，具体包括：
频谱特性分析仪输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中；
检测输入到所述开关电源反馈环路的扫频噪音信号Vt2和检测该扫频噪音信号Vt2在开关电源反馈环路中运行一圈后输出的信号Vr2；
根据Vr2、Vt2得到所述开关电源反馈环路的快环通道的频谱特性的复函数表达式Z2。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述频谱特性分析仪通过隔离变压器输出扫频噪音信号到开关电源反馈环路中。
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