【PI_电源环路】快速掌握电源环路注入电阻位置选择

1. 注入电阻作用

电源环路测量里,你在注入点 A、B 之间串的小电阻,就是 RINJ。 作用:

  • 给频率分析仪一个稳定、低干扰的注入电压采样点
  • 不明显改变电源直流工作点
  • 让注入信号更容易被检测到
  • 通常注入电阻值推荐:5~50Ω

2. 注入电阻方法

电源环路叠加定理:在环路中注入一个与电源信号相比足够小的交流测试信号,电源的闭环调节会对这个小信号产生响应,通过测量测试源两端的信号比,就能计算出环路增益,同时不影响电源的正常工作。

  1. 传递函数增益是输出响应与输入信号的比值(GAIN=Vout/Vin)。理论上,环路增益可通过开环方式测量:断开反馈环路,在 A 点施加直流偏置与输入信号,随后在 B 点测量响应信号。

环路增益的理论测量思路:断开反馈环路,直接向环路输入端(A 点)施加信号,在环路输出端(B 点)测量响应,两者的比值即为环路增益 T(s)。

  1. 当反馈环路在任意点断开时,从断开点向后看(即向 B 点内部看入),应用戴维宁定理,该电路可等效为一个电压控制电压源(VCVS) 串联输出阻抗Z2​,如图 7 所示。该 VCVS 由 A 点电压控制,增益为−M(s)。
  1. 从 A 点向前看的电路,可等效为一个阻抗为Z1​的网络。
  • 闭环状态下,系统环路增益T,等于电压控制电压源增益与阻抗分压比Z1/Z2的乘积;
  • 若找到一处使Z₂为零的节点,则环路增益T(s)就等于电压控制电压源的增益M(s);
  1. 当等效阻抗Z2​=0Ω时,在 A 点与 B 点之间接入交流测试注入电压源VINJ​(s);
  • 电压控制电压源输出端 B 点的响应电压,由 A 点电压决定;
  • 由此推导出B 点与 A 点的响应电压表达式如下:
  • 系统环路增益为B 点响应电压与 A 点响应电压的比值:

采用电压注入法测量时,反馈环路保持闭合,直流工作点维持不变,通过控制系统的闭环响应即可求解得出环路增益。

3. 典型注入电阻选择应用

如下选择DC-DC典型电路 :

系统环路增益T(s)=M(s)*Z1(s)/Z(s)+Z2(s),因此,为了测量准确,必须满足Z2(s)<<Z1(s);

  • 【点1】:作为break点来说,往B点看是MOS管,输出阻住是mΩ级别,往A点看是电感+电阻的阻抗,会>>mΩ,从阻抗来看是符合,但2点是phase点,显然不合适;
  • 【点2】:常用引入点,往B点看电容的阻抗,往A点看是反馈电阻,一般为kΩ级别,显然Z2(s)<<Z1(s);
  • 【点3】:往B点看是反馈电阻,kΩ级别,往A点看运放输入点,虚短到地,不满足;
  • 【点4】:往B点看是运放输入点,都可以看成内阻很小的电源,往A点看是运放的输出,内阻无穷大,满足Z2(s)<<Z1(s);

综上,点2/点4满足阻抗要求,但点4一般集成在controller内部,不方便,所以选择点2作为注入点。

【备注】:电源环路测试方法参考【PI_电源环路】快速掌握用PSM3750评估电源环路稳定性

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