示波器在環路分析中的應用有哪些？

ID:305301 · 發表于 2018-4-20 14:22

　　一、如何三句話講清楚環路分析在做什么？

　　1、穩定可靠的系統必須是閉環系統（帶反饋）�？刂破鞲鶕到y的實際輸出與理想輸出的偏差來設計算法，使輸出值逼近設定值；

　　2、系統穩定性需要依靠環路中的增益相位裕量來量化，這個指標可以通過掃頻來測量；

　　3、環路分析就是在控制系統中注入頻率變化的干擾信號，從而得出系統的頻率響應曲線。

　　總結來說，通過環路分析就能知道當負載端變化時控制系統的表現是否穩定，就這么簡單！

　　環路分析結果圖片

　　二、環路分析的結果是什么？

　　示波器根據輸出信號、輸入信號的幅度、相位隨頻率變化的關系，可得到環路系統的伯德圖（幅頻特性、相頻特性）。想要對產品的穩定性有所了解，靠品牌、經驗、還有研發人員拍胸脯都是不夠的，有了伯德圖協助定量分析，一測便知！

　　環路分析數據報表

　　三、有了環路分析，電源性能會有哪些提升？

　　通過環路分析可以量化電源的頻率響應特性，從而將電源朝著更穩定的方向優化。工程師再也不用通過盲目的反復嘗試去積累經驗，器件選型也不用過分考慮裕量，從而更好的控制電源成本。

　　四、環路分析的關鍵測試步驟及參數設定

　　1、尋找干擾信號注入點

　　在電壓反饋型的開關電源電路中，測試信號注入點為反饋回路的取樣點與輸出電壓點之間。要辨別采樣點比較簡單，只需觀察反饋電壓由輸出電壓的哪條支路分壓得到即可。

　　注入電阻可選擇10～100歐的電阻，這種電阻在反饋電路中影響不大，推薦在系統設計時就提前預留此電阻。

　　2、注入信號幅度調節

　　注入信號的幅度經驗值可設為輸出電壓的5%。如果幅度不能過小，示波器可能無法識別；過大則可能使系統出現非線性導致測量失真。

　　3、掃描頻率范圍設定

　　環路系統的截止頻率推薦設為開關頻率的1/20～1/6，在這個范圍內，一般可以找到環路的穿越頻率點。此處留意環路系統穿越頻率不能過低，否則環路無法響應高頻的負載波動，從而引起輸出電壓的噪聲。

　　環路分析參數設置界面

　　四、環路分析測量系統的搭建

　　在ZDS4000環路分析開關電源的應用中，除了示波器之外，還需要信號發生器模塊、高壓隔離變壓器配合。信號發生器模塊用于注入信號的產生（普通信號發生器也可代替），高壓隔離變壓器用于隔離注入電路對環路電路工作的影響。

　　Tip：由于注入信號幅度微弱，推薦選用1X衰減的探頭測試。若使用10X，則信號衰減后很容易被噪聲淹沒。在接地時也盡量使用接地彈簧，而不是接地夾子。

　　五、環路分析樣例數據解讀

　　由于開關電源閉環系統的反饋較為簡單，可以根據環路分析所得的波特圖進行簡約分析：

　　·在閉環增益為0dB時，即穿越頻率時，相位裕度一般需要大于45度；

　　·在相位接近0度時，此時閉環增益應小于-20dB。

　　·若符合上述條件，則此閉環為穩定系統。

　　如下圖所示，屏幕右上角顯示系統的相位裕度為135.5度，增益裕度為30db。

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