一、開關電源工作原理

1、開關電源是一種高頻開關式的能量變換電子電路，常作為設備的電源供應器，常見變換分類有：AC-DC、DC-DC、DC-AC 等。

2、開關電源原理框圖

（1） 市電進入電源后，首先經(jīng)過是最前級的EMI 濾波電路部份，EMI 濾波的主要作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對電源的干擾，同時還有減少開關電源本身對外界的電磁干擾。實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整流電路進行整流，整流工作都由全橋式整流二極管來擔任。經(jīng)過全橋式整流二級管整流后，電壓全部變成正相電壓。不過此時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)整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。控制電路目前已集成化，制成了各種開關電源用集成電路。

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

3、開關電源特點：

（1） 開關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狀態(tài)，晶體管上的功耗小，轉(zhuǎn)化效率高。

二、開關電源測試方法

1、測試項目：環(huán)路增益、輸出阻抗、輸出紋波、開關噪聲等

2、環(huán)路增益測試：

開關電源電路可以看作是一個簡單的反饋控制系統(tǒng)

一個負反饋回路，當GH=-1 的時候會產(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，0-Gain(dB)
相位裕量：Gain=0 時，Φ-（-180º）

通常用波特圖來表示

在測試開環(huán)特性時，開關電源應工作在閉環(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：

開關電源的輸出加電子負載；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電源輸出端。R 通道用來測量注入到環(huán)路的信號，A 通道用來測量環(huán)路的輸出信號。A/R 就是環(huán)路的開環(huán)特性。為保證測量的準確，在測試之前需要進行直通校準。

（3） 測試中的注意事項：

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，應該表現(xiàn)出感性，以有效注入信號。對變壓器特性的測試可以用阻抗分析儀和16047E 測試夾具：

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

可以在測量的時候改變激勵功率，看A/R、A、R 來確定一個合適的激勵功率。

（4）測試結(jié)果讀取：

A、通常會在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 時的環(huán)路增益

相位裕量：環(huán)路增益為0dB 時相位值

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）此時的增益裕量和相位裕量的讀取方法和原理部分介紹時略有不同，原因在于：在測量時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)路增益測試對測試設備的要求：

對測試設備要求 4395A(網(wǎng)絡分析儀)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 測試點數(shù)：2 到801；頻率分辨率：1mHz

對數(shù)掃描 掃描方式：對數(shù)掃描

增益和相位模式 Format: LogMag and Phase

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

小激勵功率 輸出功率-60dBm到20dBm

3、輸出阻抗

（1）測試設備：

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。為了保證測試的準確，需要在測試前進行直通校準。

（3）測試中需要注意的問題：為了防止從開關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)應該小于幾個歐姆，推薦470uF。

（4）測試結(jié)果：

(5)輸出阻抗測試對測試設備的要求

對測試設備的要求 4395A(網(wǎng)絡分析儀)

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 測試點數(shù)：2 到801；頻率分辨率：1mHz

對數(shù)掃描 掃描方式：對數(shù)掃描

Marker 功能 8 個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，開關噪聲測試

（1） 測試設備：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的特性

（3） 測試結(jié)果

（4） 電源輸出波動，開關噪聲測試對測試設備的要求

對測試設備的要求 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 時測試速度也很快）

對數(shù)掃描 掃描方式：對數(shù)掃描

Marker 功能 8 個Marker

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