Bode Plot Ⅱ测量电源环路响应案例详解

2024-07-11 鼎阳科技 官网
示波器,Bode Plot Ⅱ软件,鼎阳科技 示波器,Bode Plot Ⅱ软件,鼎阳科技 示波器,Bode Plot Ⅱ软件,鼎阳科技 示波器,Bode Plot Ⅱ软件,鼎阳科技

1、引言
在电源设计中稳定性是一项非常重要的指标。一般来说稳定性测量需要用到专门的频率响应分析仪,但因为其高昂的价格往往让人望而却步,实验室里也很少有这样的仪器。对此鼎阳科技提供了一套经济的解决方案:一套鼎阳示波器和信号源配合新发布的免费的Bode Plot Ⅱ软件,以最优的价格实现最好的电源环路测量效果。这篇应用笔记将会简单介绍稳定性测量的基本概念,以及如何使用鼎阳的设备进行稳定性测量。

图 1 一套波特图测试环境

2、稳定性测量的基本概念
2.1反馈系统的稳定性

稳压电源本质上是一个能输出大电流的反馈放大器,所以适用于反馈放大器的理论同样适用于稳压电源(以下简称电源)。根据反馈理论,一个反馈系统的稳定性可以通过其系统传递函数得出。工程实践上通常会使用环路增益的波特图来判断系统的稳定性。图 2是一个典型的反馈系统。系统的闭环传递函数A是输入x和输出y的数学关系表达式。环路增益T则是信号经过环路一周所得到的增益。

图 2 典型的反馈系统

在实际的系统中,因为前向增益α和反馈系数β都是复数,所以闭环传递函数A和环路增益T也是复数,也就是既有模值也有相角。当环路增益T的模值为1相角为-180°的时候,闭环传递函数的分母为0,其结果变为无穷大。这意味着一个系统在没有输入的情况下会维持一个输出,系统是一个振荡器,这与稳定系统有界的输入产生有界的响应相矛盾,也就是说此时系统是不稳定的。


我们可以画出系统环路增益的波特图来评估系统的稳定性,表达系统稳定性常用的增益裕度和相位裕度指标一般就是从这里得出的。相位裕度指的是在增益降为1(或者0 dB)的时候,相位距离-180°还有多少;增益裕度则是相位到达-180°的时候,增益比1(或者0 dB)少了多少。

图 3 波特图,增益裕度,相位裕度

2.2断开环路
我们只需要把环路断开就可以得到环路增益。图 4展示了如何在反馈系统中断开环路,理论计算时你可以从任何地方断开环路,不过我们通常选择在输出和反馈之间把环路断开。断开环路后,我们在断点处注入一个测试信号i,i经过环路一周后到达输出得到信号y,y和i的数学关系式就是我们要求的环路增益。

图4 断开环路

2.3环路注入
现实中反馈环路往往起到了稳定电路静态工作点的作用,所以我们不能简单的断开环路去测环路增益。反馈环断开后,电路因为输入失调等原因,输出会直接饱和,这种情况下无法进行任何有意义的测量。


为了克服这个问题,我们必须在闭环的情况下进行测量,一种可行的手段是环路注入。图 5展示了典型的环路注入方法。为了尽可能降低误差,我们对注入点的选取有特殊的要求,一般要让从注入点一端看进去的阻抗远远大于另一端看进去的阻抗,一个比较理想的注入点是输出和反馈网络之间,其他注入点如误差放大器和功率晶体管之间也是可行的。

图5 环路注入

为了维持闭环,我们在注入点的位置插入一个很小的电阻而不是把环路在注入点断开,注入信号将通过这个注入电阻注入到环路中去。这个注入电阻的取值要足够的小,通常要远远小于反馈网络的等效阻抗,这样才能保证注入电阻对反馈环路的影响可以忽略不计。Picotest建议当使用J2100A型变压器时,使用4.99 Ω的注入电阻,当然适当大一点的注入电阻也是可以的。另外一方面,因为注入电阻和注入变压器并联,小一点的注入电阻能降低变压器工作的下限频率,这在需要测量极低频率的时候非常有用。


原则上信号的注入不能影响环路的静态工作点,为了解决现实的电路中信号源和被测件共地的问题,往往需要使用注入变压器,如图 6所示。

图6 使用注入变压器注入环路

注入信号从注入电阻的一端注入到环路中,经过反馈网络、误差放大器和功率晶体管到达输出,也就是注入电阻的另一端。这样输出信号y和注入信号i的数学关系就是我们要求的环路增益。


需要注意的是我们在闭环的情况下测量开环参数,测试结果的相位会从180°开始逐步将到0°,这与理论上直接断开环路求环路增益得到的从0°开始降到-180°不同,所以这种情况下我们计算相位裕度的时候应该是参考0°而不是-180°。

3.环境搭建及测试结果
3.1测试设备

示波器: Siglent SDS1204X-E 固件版本高于6.1.27R1 (Bode Plot Ⅱ)
信号源: Siglent SDG2042X
电源: Siglent SPD3303X
探头: Siglent PP215 1X
注入变压器: Picotest J2100A
被测件: Picotest VRTS v1.51

3.2测试接线
Picotest的VRTS v1.51是一款稳压电源测试板,上面的电路是用TL431和分立晶体管所搭建的线性电源,上面有一个开关可以切换输出电容来获得不同的环路响应,电路原理图如图 7。

图 7 VRTS v1.51原理图

测试VRTS v1.51上的电源环路响应时,TP3和TP4是注入点。接线的方法如图 8和图 9所示。信号源通过USB接到示波器上,也可以用以太网。注入变压器与注入电阻并联,这样信号通过变压器和注入电阻注入到环路的同时,环路的直流工作点也不会被信号源和被测件的接地问题所影响。TP3和TP4也要接到示波器上,其中TP3在Bode Plot Ⅱ中定义为DUT Output,TP4定义为DUT Input。

图 8 接线图

图 9 接线示例

3.3仪器设置
这一小节主要介绍了完成本次测量所需的关键设置,关于Bode Plot Ⅱ完整的使用说明,请参考相关的用户指南和快速指南。


在进入Bode Plot Ⅱ软件之前,建议先把要用到的通道设置为20 MHz带宽限制。本次测量的频率范围是10 Hz到100 kHz,这对于预期的穿越频率在10 kHz左右的电路已经足够了。


在Bode Plot Ⅱ的主菜单按配置进入配置菜单,将扫描类型设置为恒定幅度,点击”扫描设置”设置扫描参数。将模式设置为对数,起始频率设置为10 Hz,终止频率设置为100 kHz,将点数/十倍频设置为20。返回上一级菜单,点击激励设置进入子菜单,将幅值设置为50 mV。返回上一级菜单,点击通道设置,将DUT输入和DUT输出设置到相应的通道上。

图 10 Bode Plot Ⅱ设置

3.4测试结果和数据分析
完成设置后,回到主菜单,点击运行开始扫描,最终的扫描结果如图 11 所示。这个结果看起来非常不理想,因为在低频的时候曲线上下跳动得厉害,不太像正常的波特图。我们将在下一小节引入一个新的方法来解决这个问题,这一小节我们先把重点放到设备操作上。

图 11 测量结果

扫描完成后,再次点击运行可以停止扫描,点击显示进入显示菜单,进入游标菜单打开游标,使用万能旋钮调节游标进行相位裕度测量。

图 12 游标测量

你也可以进入数据菜单打开列表进行数据分析,还可以把数据导出到U盘上以便在其他设备上分析。

图 13 导出数据

3.5可变幅度扫描
上一节中我们得到的测量结果不是很理想,曲线在低频的时候跳动得太厉害,这是因为低频下DUT输入和DUT输出通道的幅度差别很大,我们又使用了很小的激励信号,这导致DUT输入通道上的信号太小了,根本无法被常见的商用示波器精确测量出来。但我们不能简单的把激励幅度增大以改善测量效果,因为反馈环路在穿越频率附近非常敏感,激励信号过大会导致环路严重失真无法得到有用的结果,其结果如图 14和图 15所示。要始终记住一点:波特图只在线性系统下才有意义,一个非线性的系统是不存在波特图的,图中这样的测量结果是无意义的。

图 14 增大激励幅度导致失真

图 15 时域上观察失真

这种问题有一个很好的解决方案叫做可变幅度扫描(其他厂商的叫法可能不一样),可变复读的思想很简单:激励信号的幅度随着频率变化,在低频的时候激励幅度大一些提高测量精度,再在穿越频率附近把幅度降低到一定程度以减小失真,理论上就可以得到理想的结果。


在配置菜单下,把扫描类型设置为可变幅度,按下可变幅度设置进入配置编辑器。

图 16 扫描类型设置为可变幅度

图 17展示了可变幅度的配置编辑器。配置文件选项可以选择并保存4组配置文件。节点数用来设置折线的节点,因为两点确定一条直线,所以最少的节点数是2。第一个节点和最后一个节点定义了扫描的起始频率和终止频率。按下编辑表按钮进入编辑模式,这时光标会把正在设置的参数设为高亮,再次按下编辑表则会在“Freq”、“Ampl”和当前行之间切换,使用万能旋钮设置高亮的参数,按下万能旋钮可以调出虚拟键盘进行输入。这里的扫描设置和激励设置与恒定复读模式下的类似,但他们在设置上没有关联到一起是独立设置的。这里我们将扫描设置下的模式设置为对数,点数/十倍频设置为40。

图 17 可变幅度配置编辑器

在现实的测量中,测试人员往往需要不断尝试这些参数以找到一个适合当前电路的。一种办法是先在时域下观察波形,降低激励幅度到看不到明显失真,把这个幅度再降低6 dB,记录下这个幅度和当前频率,跳到下一个频率再重复这个操作。如果你有一个已知的差不多的设置,还有一个更好的办法来获得最准确的结果:将这个初始配置整体降低6 dB,扫描一遍看结果是否发生变化,如果有变化,则需要继续降低激励幅度,如果结果不变了,上一个设置就是比较理想的情况。这两种手段都是非常繁琐且耗时的,不过为了获得理想的测量结果是很值得的。


编辑好配置文件后,回到主菜单点击运行按钮开始扫描,图 18展示了使用可变幅度的最终效果。

图 18 可变幅度扫描结果

4、总结
鼎阳科技提供的新波特图解决方案,配合Picotest公司生产的注入变压器,可以用于电源控制环路响应的测量,以非常低的经济投入获得理想的测试结果。

技术资料,数据手册,3D模型库,原理图,PCB封装文件,选型指南来源平台:世强硬创平台www.sekorm.com
现货商城,价格查询,交期查询,订货,现货采购,在线购买,样品申请渠道:世强硬创平台电子商城www.sekorm.com/supply/
概念,方案,设计,选型,BOM优化,FAE技术支持,样品,加工定制,测试,量产供应服务提供:世强硬创平台www.sekorm.com
集成电路,电子元件,电子材料,电气自动化,电机,仪器全品类供应:世强硬创平台www.sekorm.com
  • +1 赞 0
  • 收藏
  • 评论 0

本文由三年不鸣转载自鼎阳科技 官网,原文标题为:Bode Plot Ⅱ测量电源环路响应案例详解,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关研发服务和供应服务

评论

   |   

提交评论

全部评论(0

暂无评论

相关推荐

如何用示波器测试CAN信号?

由于CAN信号是差分信号,在测试过程中一般需要使用差分探头来进行测试,但在研发阶段的板级测试中,确认安全的前提下可以使用普通低压无源探头进行测试。今天给大家介绍鼎阳科技SDS5000X标配的CAN总线触发与解码,了解示波器是如何测试CAN信号。本文将以SDS5054X+STB3演示板+普通无源探头展示CAN的测试,供大家参考。

2024-02-02 -  设计经验

为什么示波器的探头未连接时会有波形?

介绍示波器为什么探头没接会有波形。

2024-03-18 -  设计经验

示波器如何测量直流电压?

不同型号的示波器在操作上可能会有细微差别,但基本原理与步骤相似,本文鼎阳科技介绍了使用示波器测量直流电压时一般遵循的步骤:连接探头、选择适当的量程、直流耦合、调整垂直设置、调整时间基准、观察波形、测量电压值。

2024-08-24 -  设计经验

示波器触发原理及应用介绍

本文使用SDS1204X-E示波器、SDG2122X信号源来模拟不同情况下几种常用的触发模式和触发方式的应用。触发(实际就是隔离出感兴趣的信号)是使用示波器过程中出现频率最高的几个词之一,但对于一部分不是经常使用示波器的工程师来说,他们对触发还没有深刻的了解。

2023-10-13 -  技术探讨

示波器 、频谱仪和网络分析仪的区别?

示波器、频谱仪和网络分析仪各有什么不同?各自的原理是什么?本文鼎阳科技来为大家介绍一二,希望对各位工程师朋友有所帮助。

2024-12-06 -  技术探讨

示波器的FFT功能怎么调?

一文介绍示波器的FFT功能使用。信号的频率分量对信号的分析十分重要,对于观察信号的特征不仅仅需要观察时域上波形的特征,还需要在频域上观察该信号的频率分量。

2024-01-05 -  技术探讨

解析减少或去除示波器波形毛刺的相关方法

示波器波形出现毛刺,可能是信号本身噪声或示波器自身问题所致。本文鼎阳科技解析了减少或去除示波器波形毛刺的相关方法。针对两种出现毛刺的原因进行了分析,包括:被测信号本身确实存在毛刺、示波器或环境带来的毛刺。

2024-12-03 -  技术探讨

【软件】鼎阳科技发布PC端示波器软件SigScopeLab 免费版,实现数据共享与远程分析

为了打破物理空间的限制,实现随时随地进行波形分析,鼎阳科技决定推出SigScopeLab软件免费版。它是一款运行于Windows操作系统的专业时域信号分析和示波器控制软件:提供与SDS高级示波器相似的用户交互界面,能够完美避免脱离实体设备的不适感;多种多窗口显示模式可供挑选,各Memory波形的水平时基可单独调节,多条波形下细节观察更清晰。

2024-03-11 -  产品

SigScopeLab PC 端示波器软件数据手册

描述- SigScopeLab是一款运行于Windows操作系统的专业时域信号分析和示波器控制软件,提供离线波形数据分析、在线示波器控制、多示波器采集系统等功能,具有与Siglent示波器软件相同的平台和交互界面。

2024/11/2  - 鼎阳科技  - 数据手册

如何使用示波器FFT功能测量调幅信号的调制深度?

在幅度调制中,调制深度是指调制信号和载波信号的振幅比。借助快速傅里叶变化,调制深度可以通过测量边带幅度和载波幅度来得到。在这篇应用文档中,我们将要展示一种使用新峰值/标记功能(在鼎阳X-E系列数字示波器的6.1.31版本上可以看到)的便捷方式来测量调制深度。

2024-07-09 -  设计经验

不知道怎么选高分辨率示波器?看懂这五个要素就行

近年来,各大厂商也纷纷开始重点推广高分辨率示波器,这主要是为了迎合当前的发展趋势,比如电源行业,开关频率从几十kHz,到几百KHz,到现在甚至高达几MHz,这对示波器的带宽、采样率、分辨率都提出了更高的要求。那有这么多的品牌,这么多的型号可供选择,用户们该如何挑选呢,所以本文中鼎阳科技聊聊挑选高分辨率示波器的几大要素。

2024-06-26 -  技术探讨

解析为什么示波器不能直接测市电220V而要接个隔离变压器

本文鼎阳科技探讨了为什么示波器不能直接测市电220V而要接个隔离变压器,它确实会带来下面的好处:降低电磁干扰、消除共模干扰。

2024-11-22 -  技术探讨

基于两台SDS3000示波器同步产生“8通道”示波器

在很多应用场合需要4通道以上的示波器,但是市面上极大部分示波器最多只有四通道,而且没有外部输入的同步时钟接口。有什么快捷的方法获得更多通道功能的示波器? 最简便的方法是:将两台示波器的辅助输入信号作为触发源,同时连接到相同的输入信号,每台示波器的另外四个通道都分别连接到不同的待测信号,这样两台示波器就近似于等效的“8通道”示波器。连接示意图如图1所示。

2024-07-12 -  设计经验

解析调节振幅大小时影响示波器波形稳定的原因

当示波器的波形稳定后,若对振幅大小进行调节,致使波形变得不稳定,这其中涉及到一系列与示波器触发机制相关的复杂原理。本文鼎阳科技就来给大家解析调节振幅大小时影响示波器波形稳定的原因。

2024-07-21 -  设计经验

什么是示波器真正的存储深度?

示波器的存储深度指其能保存的采样点个数,是示波器的重要参数,影响信号采集、存储和分析能力。存储深度与采样率和采样时间相互关联,存储深度越大,示波器可记录和回放的波形数据越多。示波器的最大存储深度受物理介质限制,需在菜单中设置。多通道工作时,采样率和存储深度可叠加,但为获最大采样率和存储深度,建议只打开两两叠加模式中的一个通道。使用示波器时,需综合考虑存储深度和采样率之间的平衡。

2024-10-09 -  技术探讨
展开更多

电子商城

查看更多

品牌:鼎阳科技

品类:智能示波器选件

价格:

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器选件

价格:

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器

价格:¥1,699.0000

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器

价格:¥4,880.0000

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器选件

价格:¥3,180.0000

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器选件

价格:¥2,480.0000

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:隔离附件

价格:¥1,480.0000

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器选件

价格:¥3,180.0000

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器选件

价格:

现货: 30

品牌:鼎阳科技

品类:超级荧光示波器选件

价格:

现货: 30

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

现货市场

查看更多

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥6,255.4404

现货:42

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥10,738.2780

现货:39

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥2,279.0608

现货:34

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥5,964.0270

现货:33

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥5,507.7707

现货:28

品牌:KEYSIGHT

品类:示波器升级软件

价格:¥300.0000

现货:26

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥27,841.4996

现货:24

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥5,642.3160

现货:16

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscopes software

价格:¥18,510.7560

现货:12

品牌:KEYSIGHT

品类:Oscilloscope

价格:¥7,943.7870

现货:12

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

品牌:

品类:

价格:

现货:

服务

查看更多

PD/QC快充测试

满足150W内适配器、PD快充、氮化镓快充等主流产品测试需要;并可查看被测开关电源支持协议,诱导多种充电协议输出,结合电子负载和示波器进行高精度测试。测试浪涌电流最大40A。支持到场/视频直播测试,资深专家全程指导。

实验室地址: 深圳 提交需求>

FloTHERM热仿真

提供稳态、瞬态、热传导、对流散热、热辐射、热接触、和液冷等热仿真分析,通过FloTHERM软件帮助工程师在产品设计初期创建虚拟模型,对多种系统设计方案进行评估,识别潜在散热风险。

实验室地址: 深圳 提交需求>

查看更多

授权代理品牌:接插件及结构件

查看更多

授权代理品牌:部件、组件及配件

查看更多

授权代理品牌:电源及模块

查看更多

授权代理品牌:电子材料

查看更多

授权代理品牌:仪器仪表及测试配组件

查看更多

授权代理品牌:电工工具及材料

查看更多

授权代理品牌:机械电子元件

查看更多

授权代理品牌:加工与定制

世强和原厂的技术专家将在一个工作日内解答,帮助您快速完成研发及采购。
我要提问

954668/400-830-1766(工作日 9:00-18:00)

service@sekorm.com

研发客服
商务客服
服务热线

联系我们

954668/400-830-1766(工作日 9:00-18:00)

service@sekorm.com

投诉与建议

E-mail:claim@sekorm.com

商务合作

E-mail:contact@sekorm.com

收藏
收藏当前页面