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控制迴路量測有助於進行電源供應器如何回應需求變化的特性分析。您需要電源能夠快速回應,但不會產生過多的振鈴或振盪。在某個頻率範圍內測量電路的實際增益和相位,可讓您獲得對於設計穩定性的信心 – 大於僅只依賴模擬。使用示波器、訊號源和自動化軟體,即可快速地進行量測並以熟悉的波德圖加以呈現,進而輕鬆地評估餘裕並進行電路效能與模型的比較。

以示波器為基礎的響應量測設置

針對電源供應器設計,應進行從附近 DC 到少數 MHz 的閉環響應量測。儘管向量網路分析儀通常用於響應分析,但大多數 VNA 都是針對射頻量測而設計 (起始頻率約為 1 MHz)。相反地,示波器可以量測到直流電並提供有用的訊號可見性。如果在分析期間出現異常,則可快速進行疑難排解。

有數個 Tektronix 示波器提供內建訊號源,其可用於透過隔離變壓器將訊號注入迴路的回饋中。跨接在低值注入電阻的兩個探棒可提供分析軟體所需的所有資訊。其可量測激發和響應振幅以計算增益,並量測激發與響應之間的相位延遲。

自動控制迴路響應的通用系統包括:

  • 具有適當頻寬的示波器
  • 電源供應器頻率響應自動化軟體
  • 兩個低衰減、低電容探棒
  • 正弦波產生器
  • 具有平坦響應的轉換器,可將正弦波發生器與 DUT 隔離

控制迴路量測的探棒特性

為避免控制迴路過載,必須讓注入訊號的振幅保持很低。應使探棒衰減最小化,以獲得最佳靈敏度。同時,應使探棒負載效應最小化。耐用、低衰減、低電容的被動式探棒 (例如 TPP0502) 非常適合用於這些具有 2 倍衰減和 2 MΩ、13 pF 負載的量測。

使用波德圖量測穩定性餘裕

快速的需求變化在電源供應器控制迴路中引入了高頻率。電源必須快速響應,但是增加太多增益會造成振鈴或振盪。

當迴路隨著相位偏移接近 -180° 而具有正增益 (≥ 1) 時,就會發生不穩定的情況。在這些情況下,迴路將會經歷正回饋且變得不穩定。波德圖可顯示相同頻率範圍內的增益和相位,讓您了解您與這種不良情況有多近。從波德圖取得的兩個量測值可衡量控制迴路的安全餘裕:相位餘裕和增益餘裕。

相位餘裕是以相位的度數來表示系統距不穩定 (-180° 和單位增益) 有多遠。其代表當增益接近 0 分貝 (單位增益) 時迴路可容忍的相位偏移量。

相位餘裕是以增益的分貝 (dB) 來表示系統距 -180° 和單位增益有多遠。當相位偏移 = -180° 時,這就是在達到 0 分貝之前可以增加的增益量。

在控制迴路中保持充足的相位和增益餘裕,可確保電源供應器不會在非常不穩定的情況下運作。

控制迴路分析系統

為簡化系統配置,Tektronix 提供了一個控制迴路分析套件,該套件結合了量測電源供應器設計穩定性所需的關鍵設備和軟體。此套件是以 5 系列和 6 系列 MSO 示波器為主,包括低衰減被動式探棒和控制迴路量測自動化軟體。