您的任務(wù)

電源設(shè)計(jì)必須驗(yàn)證環(huán)路穩(wěn)定性，以保證操作正常且穩(wěn)定。目前，頻率環(huán)路響應(yīng)是測(cè)量轉(zhuǎn)換器環(huán)路穩(wěn)定性的首選方法。頻率環(huán)路響應(yīng)采用小信號(hào)交流分析方法，在環(huán)路中注入一個(gè)微小的正弦信號(hào)，在寬頻范圍內(nèi)以開環(huán)方式測(cè)量增益與相位。測(cè)得的增益和相位值隨頻率變化繪制在伯德圖上，可直接讀出增益裕度、相位裕度及穿越頻率。

負(fù)載階躍響應(yīng)測(cè)試則向輸出端施加一個(gè)大電流階躍，隨后測(cè)量并分析電壓響應(yīng)。該測(cè)試屬于閉環(huán)大信號(hào)測(cè)量，與開環(huán)小信號(hào)分析有本質(zhì)區(qū)別。此時(shí)需在時(shí)域內(nèi)分析輸出電壓波形，以估算并判定轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。圖1的示例采用降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試。

圖1：降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載瞬態(tài)設(shè)置

在進(jìn)行負(fù)載階躍測(cè)試時(shí)，將負(fù)載階躍發(fā)生器直接接到轉(zhuǎn)換器輸出端，對(duì)于快速改變負(fù)載電流至關(guān)重要。PWM信號(hào)在控制環(huán)路中控制電力組件，測(cè)量負(fù)載階躍期間的正占空比可以增強(qiáng)顯示負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和未知效應(yīng)。

這種測(cè)量需要使用儀器在整個(gè)記錄期間以高采樣率測(cè)量正占空比。逐周期測(cè)量結(jié)果必須顯示為橫軸是時(shí)間的波形。

海洋儀器的解決方案

MXO系列示波器非常適合這種挑戰(zhàn)性任務(wù)，即使在較高的 PWM開關(guān)頻率下也能測(cè)量長(zhǎng)期間的正占空比。測(cè)量需要大帶寬、高采樣率和大存儲(chǔ)容量。一次采集中的所有正占空比可用于通過跟蹤軌跡顯示整個(gè)采集過程中的變化?？梢燥@示一段時(shí)間內(nèi)單周期中每次測(cè)量的跟蹤軌跡。圖2顯示了跟蹤波形中包含的典型負(fù)載瞬態(tài)波形。

圖2顯示了三個(gè)連續(xù)負(fù)載階躍的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓和電流波形。 圖中還顯示了控制器輸出的正占空比，并將其用于創(chuàng)建軌跡。理論上而言，占空比會(huì)調(diào)節(jié)電子組件以維持恒定輸出電壓， 因此跟蹤波形反映出輸出電壓波形。

圖2：負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

應(yīng)用

結(jié)合全橋拓?fù)浜?a target="_blank">同步整流的直流-直流開關(guān)轉(zhuǎn)換器可以演示跟蹤功能。此獨(dú)立轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率為100 kHz，能夠?qū)?8 V輸入電壓轉(zhuǎn)為12 V輸出電壓。最大輸出電流設(shè)為8 A，并通過電子負(fù)載生成輸出負(fù)載階躍。

設(shè)備設(shè)置

在轉(zhuǎn)換器輸出端應(yīng)用負(fù)載階躍之前，需要先執(zhí)行其他操作以便將正占空比顯示為跟蹤波形：

設(shè)置通道，并選擇探頭

定義觸發(fā)以捕獲控制器輸出端的負(fù)載階躍事件

激活正占空比測(cè)量功能，并定義參考電壓百分比 (例如20%、50%、80%)

必須定義至少100 Msample/s的采樣率， 以準(zhǔn)確測(cè)量具有陡峭邊沿的PWM信號(hào)

充分設(shè)置記錄長(zhǎng)度以采集整個(gè)序列 (至少一個(gè)從低到高的 電流階躍和一個(gè)從高到低的電流階躍)

使用測(cè)量子菜單激活跟蹤功能，并優(yōu)化垂直刻度

測(cè)量瞬態(tài)負(fù)載

設(shè)置完成后，配置電子負(fù)載以在低電流 (最大負(fù)載的20%) 和高電流 (最大負(fù)載的80%) 之間應(yīng)用負(fù)載階躍。如圖3所示，一旦觸發(fā)檢測(cè)到有效的觸發(fā)條件，屏幕上將出現(xiàn)波形。頂部窗口顯示采集兩個(gè)不同方向的負(fù)載階躍。測(cè)量通道1的輸出電壓和通道2的輸出電流。屏幕上還顯示PWM控制信號(hào) (通道3) 和正占空比的跟蹤波形。

圖3：降壓轉(zhuǎn)換器的負(fù)載瞬態(tài)設(shè)置

縮放窗口顯示輸出電壓僅下降約300 μs，隨即恢復(fù)穩(wěn)態(tài)操作。光標(biāo)功能測(cè)量顯示，穩(wěn)態(tài)下20%和80%負(fù)載之間的偏差僅為2.4 mV。轉(zhuǎn)換器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，跟蹤波形顯示不同結(jié)果(26%而非24%)。偏差顯示出影響，不符合圖2所示的預(yù)期結(jié)果。相關(guān)定義和理論表明，占空比應(yīng)與負(fù)載電流無關(guān)。

根據(jù)控制理論，2%偏差源于高輸出電流引起的高傳導(dǎo)損耗。高損耗主要來自變壓器和輸出整流器。需要提高正占空比來均衡附加損耗，跟蹤功能支持這種復(fù)雜的測(cè)量任務(wù)。

總結(jié)

MXO系列示波器非常適合通過 PWM 控制來驗(yàn)證電源轉(zhuǎn)換器的負(fù)載瞬態(tài)，并詳細(xì)深入地分析系統(tǒng)行為。大存儲(chǔ)容量和跟蹤功能等優(yōu)越特性有助于用戶詳盡探索和了解轉(zhuǎn)換器操作。