电源是现代工业不可或缺的一部分，为了更加贴合使用者的需求—效率更高、噪声更小的产品，不仅要考虑到开关损耗、输入电源质量、输出纹波测试等之外，还会涉及到环路响应测试。

       环路响应测试能够辅助使用者判断开关电源的稳定性，采用伯德图来查看电源控制环路在不同频率下的增益与相位，是一种被普遍使用的高效且直观的判断环路稳定性的方法。传统方法的缺点则是要使用网络分析仪或是专有的设备来进行测试，可采用这种方法进行测试的话其测试成本便会很高。因此推荐采用电源开发工程师现有的示波器设备来完成环路响应测试。

一、测环路响应

      在电源设计中，控制环路测量有利于表征电源对输出负载条件变化、输入电压变化、温度变化等及时作出响应。理想的电源一定要具备以下优势：响应快，保持恒定输出，同时不会有过多的振铃或是振荡。这一般是利用控制电源与负载之间元器件（通常是MOSFET）的快速开关来完成的。开关打开的时间相对关闭的时间越长，为负载提供的功率便会更高。

       为了解此系统的优势，我们以变化幅度在频率范围内扫描输入正弦曲线信号。此步骤有利于表示在某个频率范围内获得的环路的增益与相位，提供与控制环路和电源稳定性相关的关键信息。利用顺序测量各个频率上的增益与相位，便能够绘制增益与相位相对于频率关系图。采用使用对数频率标度，这些图便能覆盖非常宽的频率范围，同时也通常称为Bode图。

       因此采用测试环路响应能够快速直观的评价闭环系统的稳定性。

二、环路响应指标

      关于开关电源环路响应时常用到相位裕度、增益裕度与穿越频率三个参数的详细解释如下：

(1) 相位裕度：增益降至0dB的情况下，此时离-180°的距离便为相位裕度，即增益Gain=0dB的情况下，相位裕度=φ-(-180°)。

(2) 增益裕度：增益曲线在相频曲线达到-180°的频率处对应的增益，即φ=-180°时，增益裕度=0-增益Gain(dB)。

(3) 穿越频率：增益为0dB的情况下相对应的频率值。

【bode图的示例图】

1、相位裕度：在定义上只要大于零则系统为稳定状态，可在实际工程中为了保障系统在各种误差与参数变化情况下依然可以保持稳定，通常要求相位裕度大于45°。

2、增益裕度：增益裕量表示控制系统保持稳定条件下所能承受的大增益扰动，为了保障在各种工况下均能保持稳定通常需要大于10dB。

3、穿越频率：一般穿越频率越高，系统的快速性越强，那么对负载动态响应的抑制能力便会越好，过冲、欠冲越小，恢复时间也会越快。假设穿越频率过高，将会导致系统抗扰性降低。因此建议穿越频率为开关频率的5%-20%。

三、测试时用到的软硬件

1、示波器：4系、5系或是6系MSO能够配备高等级功率测量与分析软件 (4/5/6-PWR)。

2、PWR选件：此应用软件支持多种频响测量，包含：控制环路响应、电源抑制比 (PSRR)等。

3、AFG选件：用于扫频输出。

4、电压探头：1:1或是2:1无源探头。

5、隔离变压器：J2100A orJ2101A用于控制环路测量。

四、环路响应的信号注入

      信号注入详细解析图如下所示：

此时上图的环路响应为：

根据上述公式可知等效电路为：Vinj = Vy-Vx。

（一）挑选合适的注入点

       实际上，不能在环路的任意位置插入注入电阻;对于注入位置有一定的要求;根据上图看到的三个位置是常见的注入位置，其中在feedback network上方加电阻是常使用的注入方式。

       假设电源功率很大，在feedback network上方加电阻，其通过的电压自身便会很大，此时使用AFG注入的电压与之对比将会变得十分小，很难准确的扫描出bode图，因此300V以上的电源系统应要在补偿之后，反馈电阻之前注入。

（二）选择注入电阻的大小和注入幅度方法

          在上述内容中说完注入位置的选择后，下一个问题便是注入电阻值为多少?在此需要注意以下问题：

1、核心原则:注入电阻插入到环路中，不可以影响环路的稳态值；

2、上述要求实际上是要求一个小的注入电阻。例如常见的分压反馈电阻网络的电阻值至少在kohms级别以上，所以此5-20ohms的电阻是合适的。假设这个电阻值更大，达到Mohms了。对此更大的注入电阻也是可行的；

3、确定了注入电阻以后，接下来我们就应要确定注入幅度；

     注入幅度AFG的输出幅度之间的关系如下所示:

4、注入幅度的限制在于:

（1）若没有其他的要求，通常能够从输出电压的1/10~1/20开始，进行试探；

（2）不可以破坏环路的小信号条件;

（3）若开关环路中存在阈值电路，那么注入的电压不能让阈值电路的电压低于阈值。

（三）注入幅度对测试结果的影响

         注入不同幅度的大小会影响到测试结果，注入电压太小，则会被淹没在噪声中，低频部分会测不准，但是在高频段， 情况则是相反的，注入电压太大，高频部分测试便会出现失真。所以，建议在低频处施加大的注入电压，在高频处施加小的注入电压，这样会使测试更加准确。

（五）环路响应测试连接的方法

（六）环路响应测试设置

     在测量功能中选择Power，之后在FREQUENCY RESPNSE ANALYSIS中选择Control Loop Response。

上图所示的便是环路响应的设置菜单。

设置时应要注意以下几点：

1、频率点数：bode图中的点数由每倍频程点数、开始频率与结束频率确定。(每10倍频程点数默认值是10，大值是100).

频率点数的计算公式如下所示：

频率点数= ppd( log(fSTOP) - log(fstart))

例如，假设每倍频程的点数是10，开始频率是100Hz，结束频率是10MHz，那么：频率点数=10 (log(107)-log(102))= 50 点

2、频谱分析方式：和传统FFT方法对比可知，Spectrum View 频谱视图方法能够更精细地控制频率分辨率。测量设置包含使用“Auto RBW”选项，其有利于全面利用这种灵活性与分辨率。

（七）环路响应实测结果

上图所示便是扫频完成的Bode图，在右边测量栏中就能够直接查看相位裕度、增益裕度与穿越频率这三个参数。

（八）常见的问题

1、探头选择：

探头选择：低压系统：泰克方案推荐P2220 6MHz 带宽1:1 探头或是TPP0502 500MHz 2:1 探头，该两种探头测试的大电压为300V。

高压系统：泰克推荐的隔离变压器隔离电压为600V，因此在测试300-600V电源的情况下，如果在反馈电阻前注入推荐选用高压差分探头；不然得话推荐在补偿之后，反馈电阻之前注入。

2、低频段扫频跳变：bode图通常增益在±60dB、相角在±180°绘制，机器也遵循这个规则，如果增益与相角超过该范围便会跳变。首先可先扫频一遍，观察正常开始扫频的位置，在下次扫频中将该频率设置为起始频率便可。

3、半载和满载扫频出现偏差：使用者可能会考虑到穿越频率不同，带载情况不同，会对系统造成有一定影响，因此造成了穿越频率不同，只要满足在信号频率的10%-20%便可。