闭环DC-DC转换器网络分析中的注入变压器

　　在用注入变压器测试闭环系统时，必须在某个点断开环路。这个点对于网络分析仪的A端口(图3)必须有很低的反射阻抗，而对于R端口的反射阻抗必须高。这一点很重要，因为，如果超过交叉点后的闭环增益远小于一的话，变压器注入的信号大部分将会出现在R端口上。 例如，如果R端反射阻抗仅为A端反射阻抗的9倍，那么，十分之一的信号将会出现在A端口上。

　　其余是分之九将出现在R端口，与真正的环路响应无关。这种情况下，需要用缓冲器(例如FET探头)来提高网络分析仪的输入阻抗，使之大于其固有的50。 很多情况下，环路增益测试允许网络分析仪有50的负载，多数电源的输出阻抗远低于50，因此，A端口上的负载问题不是很严重。但要小心不要过驱动网络分析仪的50输入。多数分析仪限制最大输入为5VRMS，若电压过大将会损坏分析仪，随之而来的修理费用十分昂贵。FET探头有-20dB的衰减，允许大多数分析仪无需使用隔直电容器即可测量高达50V电压。 试验装置配置完成之后，应确定适当的注入信号电平。

　　对于网络分析仪而言，较高的信号电平有利于降低背景噪声的影响，但电源对于大幅度的注入信号的响应可能是非线性的。在这种情况下，摆动速率、电流限制或限幅等因素可能会影响电路的行为。因此，建议使用比输出纹波稍大一些的信号。 PE-51687的匝数比为100:8，很容易提供幅度超过大多数输出纹波的信号。对于0dBm (224mVRMS)输入，变压器输出为18mVRMS (50mVP-P)DD非常合适的测试电平。网络分析仪的输出信号源可以调整注入电平。如果调解范围不够，还可以通过增加或减少次级匝数来调整驱动电平。

　　低频工作时，Pulse Engineering公司的PE-51688具有200匝初级绕组，初级电感为80mH，可用信号频率低至50Hz。它的伏秒积指标为1200V*μs。对于高频应用，最好选择50匝的PE-51686。对于更高频率(高达100MHz)，可使用Rogowski线圈。

　　这种高带宽电流变压器的初级线圈每匝绕组上都并联了内部电阻，并且初级线圈和磁芯周围有Faraday屏蔽。 并联电阻乘以匝数得到非常接近理想的50阻值，每匝线圈上并联一个电阻这样使阻尼功能分布在整个变压器内。尽管很昂贵，但这种变压器几乎是无振铃的，并且能轻易提供100MHz的信号(图4)。图5所示的网络频响图代表一个50:1 (1V/A)的变压器，次级为单匝线圈，由Pearson Electronics或Stangenes Industries Inc.提供。

　　图4. Rogowski电流变压器。

　　图5. 1-V/A, 50:1 Rogowski线圈，单匝次级变压器的频率响应。

　　电流感应变压器用作信号注入的主要局限在于其较差的低频性能。大多数Bode图在50Hz以下变得非常嘈杂，并且经常超过80dB，它会延伸多数网络分析仪上的噪声极限。不过，多数DC-DC系统在50Hz以下工作得很好，并不需要分析。如果必须测量低频，就必须采用一个更大磁芯或更多线圈的变压器。这样一来会增大变压器的外形尺寸，不利于测试。还可以采用降低频率上限的方法：如今大多数系统的交叉频率远高于10kHz，非常适合PE-51687电流变压器。