开关电源的输出阻抗测量

一般来说，电源的输出阻抗是根据负载电阻导通/断开时的输出（直流）电压的变化简单计算的。但是，此时得到的值只不过是直流区域的值（输出电阻）。

阻抗的频率特性可以通过计算在负载开/关时的输出电压瞬态波形来求得，但通常由于电压变化幅度较小且实际开关电源的阻抗特性复杂，因此无法进行高精度的测量。

评价动作状态的电源输出频率特性

电源的电路方式和并联电容器会极大地改变输出阻抗。通过测量阻抗的频率特性，可以找到电路和部件常数的最优值。

问题点

乍一看，这似乎是一个简单易行的测量，但由于测量对象自身会产生电压，因此无法连接LCR测量仪、网络分析仪、阻抗分析仪等设备。

• 测得器上施加直流
  测量必须在电源工作状态下进行。因此，测得器的测量端子上会施加大的直流。
  由于这个直流电压，LCR计或网络分析仪等的输入输出回路可能会饱和或损坏。
  为了切断直流而插入电容器，会导致阻抗特性发生变化，而且由于电源的输出阻抗较小，电容器的容量需要很大，这在现实中是不可行的。

• 需要在广泛的频率范围内进行测量
  需要知道在开关频率附近或更高的广泛频率范围内的阻抗特性。

• 一端接地
  一端接地的被测对象用LCR电表测量时，由于测量电流被旁路，所以测量不成功。

• LCR-meter和测量电流（测量实用信息）

• 并联阻抗
  有时需要在连接负载的情况下进行测量，但想知道的是电源的阻抗，而不是负载和电源的合成阻抗。

解决法

我们将介绍如何使用FRA（频率特性分析器）。

• FRA的机制（技术指南）

周波数特性分析器 FRA51615

从FRA注入交流信号到电源回路，检测电源流过的电流和电压降（均为交流）。
从FRA来的信号也会流经负载电阻，但测量对象是电源流过的电流和电压降，因此负载的阻抗不会成为测量误差。（可在负载连接状态下测量）

测定原理

• 电流限制电阻是为了防止开关电源的输出流入FRA信号源过大而设置的，选择使其电流约为2～3mA。（电源输出24V，限制电阻10kΩ时，电流为2.4mA）

• 用于检测电流的电阻器，使用具有良好频率特性的电阻器。

• 设值为1Ω，计算会更简单。

• 阻抗可以从 CH1 和 CH2 的比值中计算得出。

• 通过专用选项，也可以直接读取阻抗。

实测例

优点

• FRA的测量输入是高耐压，因此测量对象的输出不会因为饱和或损坏而产生担忧。

• 因为是自动橙色调整，所以不会设置错误。

• 在低频领域，直流结合也是存在的，因此没有由结合电容器引起的误差。

• 测量的频率范围广泛，并且具有高分辨率的测量能力。

• 由于电流检测在FRA的外部（负载附近）进行，因此测量电流不会流到其他地方。

• CH2的输入连接在悬空电阻的两端，但FRA的输入输出是绝缘的，所以没有问题。

实测数据

开关电源的阻抗和相位特性

在这个例子中，输出回路的相位在10Hz附近开始下降，阻抗上升。
在100Hz以上，输出端子表现出像电容器一样的特性。