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用示波器做环路分析需要几步?
来源:中国数控机床网   发表时间:2018/4/3 4:04:00  浏览次数:
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尽管环路分析是检测控制系统稳定性的重要手段,但是测试过程中有诸多细节需要注意,如何快速理解环路分析的意义?环路分析需要怎样设定参数?环路分析的结果该如何读取呢?
  一、如何三句话讲清楚环路分析在做什么?
  1、稳定可靠的系统必须是闭环系统(带反馈)。控制器根据系统的实际输出与理想输出的偏差来设计算法,使输出值逼近设定值;
  2、系统稳定性需要依靠环路中的增益相位裕量来量化,这个指标可以通过扫频来测量;
  3、环路分析就是在控制系统中注入频率变化的干扰信号,从而得出系统的频率响应曲线。
  总得来说,通过环路分析就能知道当负载端变化时控制系统的表现是否稳定,就这么简单!

 

 环路分析结果图片


  二、环路分析的结果是什么?
  示波器根据输出信号、输入信号的幅度、相位随频率变化的关系,可得到环路系统的伯德图(幅频特性、相频特性)。想要对产品的稳定性有所了解,靠品牌、经验、还有研发人员拍胸脯都是不够的,有了伯德图协助定量分析,一测便知。

 环路分析数据报表

  三、有了环路分析,电源性能会有哪些提升?
  通过环路分析可以量化电源的频率响应特性,从而将电源朝着更稳定的方向优化。工程师再也不用通过盲目的反复尝试去积累经验,器件选型也不用过分考虑裕量,从而更好的控制电源成本。
  四、环路分析的关键测试步骤及参数设定
  1、寻找干扰信号注入点
  在电压反馈型的开关电源电路中,测试信号注入点为反馈回路的取样点与输出电压点之间。要辨别采样点比较简单,只需观察反馈电压由输出电压的哪条支路分压得到即可。
  注入电阻可选择10~100欧的电阻,这种电阻在反馈电路中影响不大,推荐在系统设计时就提前预留此电阻。
  2、注入信号幅度调节
  注入信号的幅度经验值可设为输出电压的5%。如果幅度不能过小,示波器可能无法识别;过大则可能使系统出现非线性导致测量失真。
  3、扫描频率范围设定
  环路系统的截止频率推荐设为开关频率的1/20~1/6,在这个范围内,一般可以找到环路的穿越频率点。此处留意环路系统穿越频率不能过低,否则环路无法响应高频的负载波动,从而引起输出电压的噪声。

 环路分析参数设置界面


  四、环路分析测量系统的搭建
  在ZDS4000环路分析开关电源的应用中,除了示波器之外,还需要信号发生器模块、高压隔离变压器配合。信号发生器模块用于注入信号的产生(普通信号发生器也可代替),高压隔离变压器用于隔离注入电路对环路电路工作的影响。
  Tip:由于注入信号幅度微弱,推荐选用1X衰减的探头测试。若使用10X,则信号衰减后很容易被噪声淹没。在接地时也尽量使用接地弹簧,而不是接地夹子。

五、环路分析样例数据解读
  由于开关电源闭环系统的反馈较为简单,可以根据环路分析所得的波特图进行简约分析:
  在闭环增益为0dB时,即穿越频率时,相位裕度一般需要大于45度;
  在相位接近0度时,此时闭环增益应小于-20dB。
  若符合上述条件,则此闭环为稳定系统。
  如下图所示,屏幕右上角显示系统的相位裕度为135.5度,增益裕度为30db。

 

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