電源轉換器可能具有苛刻的負載行為。在整個規(guī)格范圍內(nèi)對轉換器進行穩(wěn)定性測試是任何轉換器設計不可或缺的一部分。本文重點介紹在羅德與施瓦茨R&S®MXO 5 示波器上進行的轉換器負載瞬態(tài)響應測量。
負載瞬態(tài)測試
開環(huán)頻域測試是檢查轉換器穩(wěn)定性的一種方法。可以在波特圖中繪制跨頻率的增益和相位裕度，并確定交叉頻率等重要指標。這通常需要專門的設備。一種更簡單的選擇是通過將大信號階躍負載施加到轉換器并觀察輸出電壓來對閉環(huán)進行時域研究。深入分析還涉及測量其他關鍵轉換器響應，例如此瞬態(tài)期間和之后的 PWM 占空比響應。此測試可以突出顯示轉換器設計的幾個方面，例如：
· 環(huán)路穩(wěn)定性：例如，通過在負載上施加快速瞬變，任何過度振鈴都可能指示較差的相位裕度并給出帶寬的估計。
· 輸入電源穩(wěn)定性：負載瞬變會在輸入軌上產(chǎn)生振鈴。
· 電路板布局：當負載與轉換器有一定距離時，寄生阻抗會產(chǎn)生振鈴和電壓降。
· 斜率補償：在高占空比應用中，斜率補償可用于避免次諧波振蕩。不正確的電感值會在負載瞬變期間產(chǎn)生次諧波開關，這可檢測為不規(guī)則的轉換器占空比。
DC/DC 轉換器測試示例
測量 PWM 占空比以及在高采樣率和長記錄周期下跟蹤變化的能力是突出上述一些問題的基本要求。足夠的帶寬、大內(nèi)存和高采樣率是一些關鍵要求。R&S®MXO 5 示波器滿足這些測試需求。其一些主要功能包括：
· 4 通道系統(tǒng)的帶寬為 350 MHz – 2 GHz，8 通道版本的帶寬為 100 MHz – 2 GHz。
· 更新率> 450萬波形/秒。
· 標準存儲深度5億點/通道
· 高達 5 Gsamples/s 的采樣率，配備通道專用的 12 位 ADC，以及高清模式，可將垂直分辨率增強至 18 位。
· 先進的數(shù)字觸發(fā)器，靈敏度可調(diào)至 0.0001 div，觸發(fā)抖動 < 1ps。
· 連續(xù)采集之間的盲區(qū)時間小于 21 納秒，示波器可以保持采集速率，最多可激活 4 個通道，不會因可視化而中斷。基本測量和數(shù)學函數(shù)均采用硬件加速。
一個在負載瞬態(tài)測試中使用的例子是在 48/12 V DC-DC 全橋降壓轉換器上演示的，該轉換器的開關頻率為 100 kHz，最大負載電流為 8 A。電子負載配置為施加最大負載電流的 20% 至 80% 的負載階躍。電子負載階躍發(fā)生器的一個示例是 MOSFET，由脈沖發(fā)生器驅動，該脈沖發(fā)生器在其輸出端打開和關閉負載電阻。正占空比測量被激活，記錄長度足以捕捉低-高以及高-低階躍序列。此測試捕獲的波形如圖 1 所示。
圖 1：負載瞬態(tài)階躍的示波器波形(來源：Rohde & Schwarz)截圖
在此捕獲中，通道 1 描繪輸出電壓，通道 2 描繪輸出電流，通道 3 描繪 PWM 控制器開關波形。跟蹤的 PWM 正占空比也以粉色顯示。頂部波形顯示整個步進序列，而底部的縮放窗口更詳細地顯示了低高步進負載瞬變。縮放窗口顯示輸出電壓下降約 300 μs，然后恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。
20% 和 80% 負載之間的穩(wěn)態(tài)偏差僅為 2.4 mV。電壓降是輸出電容器放電的典型特征。較高的輸出電流會導致輸出變壓器和整流器的損耗更高。跟蹤波形顯示，負載瞬變后占空比從 24% 變?yōu)?26%。較高電流下的額外損耗由這一變化補償。設計人員可以使用此信息來優(yōu)化設計，并確保轉換器在整個負載瞬變斜率和水平范圍內(nèi)都具有穩(wěn)定性。
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