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利用阶跃激励进行稳定性测试

时间:2019-07-12 作者:John Dunn 阅读:
通过网络分析仪测量得到的波特图可以用于测试反馈回路的稳定性,从而确定和判断增益裕度和相位裕度。但是这种仪器太贵,一种更便宜的方法是阶跃激励。本设计实例展示了一个非常简单的例子,实际的反馈系统会更复杂,有许多可能的注入点,也有许多观察点,需要一一进行检查。

通过网络分析仪测量得到的波特图可以用于测试反馈回路的稳定性,从而确定和判断增益裕度和相位裕度。这个仪器确实很有用,但它太贵了,对于我们中间一部分几近“贫困”的从业者来说,可能需要其他更便宜的方法。而这个方法可能就是阶跃激励。

阶跃激励的基本思路很简单,就是将一个很小的方波干扰注入反馈回路,然后观察反馈回路对干扰的响应。注入干扰的位置以及观察位置可以自行决定。可以有多个干扰点或观察点,下面我们仅给出四个示例草图。

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图1:采用阶跃激励的理想稳压器。

在第一个草图中,当通过R6送到误差放大器U1非反相输入端的方波激励对理想稳压器产生轻微干扰时,U1的输出为欠阻尼振铃波形。我们从而得出结论,即使在最好的情况下,该反馈环路的稳定性也很差!

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图2:采用相同的稳压器和激励,却表现出更好的稳定性。

在第二个草图中,除了拿掉了C2之外,一切都与图1相同。不明智地加入C2,虽然可能产生某种类型的EMI抑制效果,但对环路稳定性却有不利影响,会产生糟糕的增益裕度和相位裕度。看来有人并不明了这一点。咳咳!

我们并不知道增益裕度和相位裕度的具体值是多少,但很显然没有C2时,结果会漂亮得多。

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图3:相同的稳压器,但阶跃激励不同。

在第三个草图中,我们又重新加上电容器C2,但这次阶跃激励通过R6注入到误差放大器的求和点。结果U1输出端的欠阻尼振铃波形看起来比第一个草图中的波形更差。

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图4:相同的稳压器和激励,但表现出更好的稳定性。

在第四个草图中,再次拿掉C2,稳定性又变好了。看来不能用C2了!

这里展示的只是一个非常简单的例子,但以两种截然不同的方式注入了方波干扰,即阶跃激励。实际的反馈系统会更复杂,有许多可能的注入点,也有许多观察点,我们需要检查所有这些点。

选择的注入点对正在检查的反馈回路应该没有影响,或者影响很小,可忽略不计。对上述的电路来说,R6阻值为1M已经足够大了。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Step excitation stability tests。)

本文为《电子技术设计》2019年7月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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