您的任務

電源設計必須驗證環(huán)路穩(wěn)定性，以保證操作正常且穩(wěn)定。目前，頻率環(huán)路響應是測量轉(zhuǎn)換器環(huán)路穩(wěn)定性的首選方法。頻率環(huán)路響應采用小信號交流分析方法，在環(huán)路中注入一個微小的正弦信號，在寬頻范圍內(nèi)以開環(huán)方式測量增益與相位。測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。

負載階躍響應測試則向輸出端施加一個大電流階躍，隨后測量并分析電壓響應。該測試屬于閉環(huán)大信號測量，與開環(huán)小信號分析有本質(zhì)區(qū)別。此時需在時域內(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)換器進行負載瞬態(tài)響應測試。

圖1：降壓轉(zhuǎn)換器的負載瞬態(tài)設置

在進行負載階躍測試時，將負載階躍發(fā)生器直接接到轉(zhuǎn)換器輸出端，對于快速改變負載電流至關重要。PWM信號在控制環(huán)路中控制電力組件，測量負載階躍期間的正占空比可以增強顯示負載瞬態(tài)響應和未知效應。

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

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，即使在較高的 PWM開關頻率下也能測量長期間的正占空比。測量需要大帶寬、高采樣率和大存儲容量。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采集過程中的變化。可以顯示一段時間內(nèi)單周期中每次測量的跟蹤軌跡。圖2顯示了跟蹤波形中包含的典型負載瞬態(tài)波形。

圖2顯示了三個連續(xù)負載階躍的標準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：負載瞬態(tài)響應

應用

結(jié)合全橋拓撲和同步整流的直流-直流開關轉(zhuǎn)換器可以演示跟蹤功能。此獨立轉(zhuǎn)換器的開關頻率為100 kHz，能夠?qū)?8 V輸入電壓轉(zhuǎn)為12 V輸出電壓。最大輸出電流設為8 A，并通過電子負載生成輸出負載階躍。

設備設置

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

設置通道，并選擇探頭

定義觸發(fā)以捕獲控制器輸出端的負載階躍事件

激活正占空比測量功能，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， 以準確測量具有陡峭邊沿的PWM信號

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

使用測量子菜單激活跟蹤功能，并優(yōu)化垂直刻度

測量瞬態(tài)負載

設置完成后，配置電子負載以在低電流 (最大負載的20%) 和高電流 (最大負載的80%) 之間應用負載階躍。如圖3所示，一旦觸發(fā)檢測到有效的觸發(fā)條件，屏幕上將出現(xiàn)波形。頂部窗口顯示采集兩個不同方向的負載階躍。測量通道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 (通道3) 和正占空比的跟蹤波形。

圖3：降壓轉(zhuǎn)換器的負載瞬態(tài)設置

縮放窗口顯示輸出電壓僅下降約300 μs，隨即恢復穩(wěn)態(tài)操作。光標功能測量顯示，穩(wěn)態(tài)下20%和80%負載之間的偏差僅為2.4 mV。轉(zhuǎn)換器進入穩(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所示的預期結(jié)果。相關定義和理論表明，占空比應與負載電流無關。

根據(jù)控制理論，2%偏差源于高輸出電流引起的高傳導損耗。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雜的測量任務。

總結(jié)

MXO系列示波器非常適合通過 PWM 控制來驗證電源轉(zhuǎn)換器的負載瞬態(tài)，并詳細深入地分析系統(tǒng)行為。大存儲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。