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轻轻松松,3分钟玩转示波器的伯德图功能


  来源: 普源精电 时间:2020-05-06 编辑:仪器仪表WXF
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"对开关电源电路的测试,经常会使用环路分析方法。环路分析测试方法是指给开关电源电路注入一个频率不断变化的正弦波信号作为干扰信号,然后根据其输出情况来判断该电路系统对各个频率干扰信号的调整能力。


怎样对开关电源进行环路分析呢?就是将输出电压的增益和相位随注入信号的频率变化而产生变化的测量结果绘制成曲线,即伯德图,然后运用伯德图来分析开关电源电路的增益裕度和相位裕度,以判定其稳定性。"



1、什么是伯德图?


伯德图是系统频率响应的一种图示方法,由荷兰裔科学家亨Bode,H.W. 在1940年提出。

伯德图由幅频特性图和相频特性图两部分组成,两者的横轴都是频率的对数lgω,采用对数分度。通常幅频特性图和相频特性图上下放置,幅频特性图在上,相频特性图在下,且将纵轴对齐,可以方便的观察同一频率的幅值和相位的大小。坐标图如下:



2、原理讲解


开关电源是一个典型的反馈回路控制系统,其反馈增益模型如下:



在反馈电路系统中,输出电压和参考电压之间的关系如下:



由此可以看出这个闭环系统不稳定的条件:当 1+T(s)=0时,系统的干扰波动无限大。

这个不稳定条件包含两个方面:

 开环传递函数的幅值为  |T(s)|=1=0dB

 开环传递函数的相位为  ∠T(s)=-180°


如上为理论值,在工程实现上如果要保持电路系统的稳定还要留出一定的裕量,就涉及到下面两个重要指标:

●相位裕度 (Phase Margin,PM )

当增益|T(s)|为1时,相位∠T(s) 不能为-180°,此时相位∠T(s) 和 -180°之间的距离就是相位裕度。相位裕度可以看作是系统进入不稳定状态之前可以增加的相位变化,相位裕度越大,系统越稳定,但系统响应速度会减慢。


●增益裕度 (Gain Margin,GM)

当相位∠T(s) 为-180°时,增益|T(s)|不能为1,此时增益|T(s)|和1之间的距离就是增益裕度。增益裕度采用分贝(dB)表示,如果|T(s)|>1,则增益裕度为正值;如果|T(s)|<1,则增益裕度为负值。正增益裕度表明系统是稳定的,负增益裕度表明系统是不稳定的。


如下为伯德图,其中紫色为环路系统增益随频率变化的曲线,绿色为环路系统相位随频率变化的曲线。图中,当增益为0dB时对应的频率为“穿越频率”。



伯德图原理简单,展示直观

运用系统的开环增益

来评价闭环系统的稳定性


3、测试环境搭建


下图为使用RIGOL的MSO5000系列数字示波器对开关电源进行环路分析测试的电路拓扑图。包括如下几个部分:

将一个5Ω的注入电阻Rinj插到反馈电路中,如图中红圈位置所示

将MSO5000系列数字示波器的GI接口连接到一个隔离变压器。将示波器内置波形发生器输出的扫频正弦波信号通过隔离变压器并联到注入电阻Rinj两端

使用连接MSO5000系列数字示波器两个模拟通道的探头(例如RIGOL的PVP2350探头),对扫频信号的注入端和输出端进行测量

测试环境搭建


4、操作步骤


小编以RIGOL的MSO5000系列数字示波器为例,为您介绍如何进行环路分析操作——


RIGOL MSO5000系列数字示波器


1)、启用伯德图功能

打开功能导航菜单,点击“伯德图”图标


2)、设置扫频信号

按幅/频设置键,通过数字键盘对参数进行设置,如图



3)、设置输入输出源

根据实际电路连接,分别为注入端选择输入源使用的模拟通道号,为输出端选择输出源使用的模拟通道号


4)、启动环路分析测试

关键词:示波器 伯德图功能    浏览量:891

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