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关于环路响应测试(上)


  来源: 日图科技 时间:2024-03-11 编辑:清风
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大多数电源和稳压器是为在指定电流范围内保持恒定电压而设计的。为实现这一目标,它们在本质上都是带有闭合反馈环路的放大器。理想的电源必需响应快,保持恒定输出,而又没有过多的振铃或振荡。控制环路测量有助于表征电源怎样对输出负载条件变化作出响应。


01 频响分析简介


系统频响是一种与频率相关的函数,表示系统输入(激发)上特定频率的基准信号 ( 通常是一个正弦曲线波形 ) 怎样传送通过系统。图 1 是概括性的控制环路,其中正弦波 a(t) 应用到拥有传递函数 G(s) 的系统中。在初始条件引起的瞬态信号衰落消失后,输出 b(t) 变成正弦波,但有不同的幅度 B 和相对相位 Φ。输出 b(t) 的幅度和相位实际上与输入正弦曲线的频率 (ω●rad/s) 上的传递函数 G(s)有关。反馈系数‘k’决定了怎样根据输出上的负载调节输入信号。




为了解系统特点,我们以变化幅度在频率范围内扫描输入正弦曲线信号。这有助于表示在某个频率范围内获得的环路的增益和相位,提供与控制环路和电源稳定性有关的重要信息。通过顺序测量各个频率上的增益和相位,可以绘制增益和相位相对于频率关系图。通过使用对数频率标度,这些图可以覆盖非常宽的频率范围。这些图通常称为波德图,因为 Hendrik Wade Bode最早在控制系统设计方法中使用这些图。


波德本人 1940 年在《贝尔系统技术杂志》发表的文章(“反馈放大器设计中衰减与相位之间的关系”)中说:着手反馈放大器设计的工程师必须是拥有混合情绪的人。一方面,他可能会对结构特点的改进欣喜若狂,因为反馈结果非常好,前景一片光明。另一方面,他深知,除非自己最终能够围绕反馈环路调节相位和衰减特点,放大器不会自发地突然不可控地唱起来,否则这些优势实际上根本实现不了。


在电源设计中,控制环路测量有助于表征电源对输出负载条件变化、输入电压变化、温度变化等怎样作出响应。理想的电源必需响应快,保持恒定输出,而又不会有过多的振铃或振荡。这通常通过控制电源和负载之间元器件(一般是 MOSFET)的快速开关来实现。开关打开的时间相对关闭的时间越长,为负载提供的功率越高。不稳定的电源或稳压器可能会振荡,导致控制环路带宽上出现非常大的明显纹波。这种振荡还可能会导致EMI 问题。


02 增益裕量和相位裕量



环路的增益为正 ( ≥ 1) 时,也会出现不稳定性,因为相移接近 -180°。在这些情况下,环路会出现正反馈,变得不稳定。波德图显示相同频率标度上的增益和相位,让你看到与这种不想要的情况的接近程度。从波德图获得的两项测量会衡量电源控制环路的安全裕量:相位裕量和增益裕量。

关键词:环路响应测试    浏览量:5155

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