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电源转换器中的负载瞬态测试

2024-06-12 17:06:18 Sonu Daryanani 阅读:
本文重点介绍在罗德与施瓦茨R&S®MXO 5示波器上进行的转换器负载瞬态响应测量。

电源转换器的负载性能要求很高。在整个规格范围内对转换器进行稳定性测试是所有转换器设计不可或缺的一部分。本文重点介绍在罗德与施瓦R&S®MXO5示波器上进行的转换器负载瞬态响应测量。NIOednc

负载瞬态测试

开环频域测试是检测转换器稳定性的一种方法,可以在波特图中绘制出不同频率的增益和相位裕度,并确定交叉频率等重要指标,这通常需要专门的设备。一种更简单的方法是通过向转换器施加大信号阶跃负载并观察输出电压来对闭环进行时域研究。深入分析还涉及测量其他关键转换器响应,例如此瞬态期间和之后的PWM占空比响应。该测试可以突出显示转换器设计的几个方面,例如:NIOednc

  • 环路稳定性:例如,通过在负载上施加快速瞬变,任何过度振铃都可能表明相位裕度不佳,并给出带宽估计值。
  • 输入电源稳定性:负载瞬变会在输入轨上产生振铃。
  • 电路板布局:当负载与转换器有一定距离时,寄生阻抗会产生振铃和电压降。
  • 斜率补偿:在高占空比应用中,斜率补偿可用于避免次谐波振荡。不正确的电感值会在负载瞬变期间产生次谐波开关,这可被检测为不规则的转换器占空比。

DC/DC转换器测试示例

测量PWM占空比以及在高采样率和长记录周期下跟踪变化的能力突显出了上述一些问题的基本要求。足够的带宽、大内存和高采样率是一些关键要求,R&S®MXO5示波器可满足这些测试要求,其一些主要特点包括:NIOednc

  • 4通道系统的带宽为350MHz–2GHz,8通道版本的带宽为100MHz–2GHz。
  • 捕获率>450万波形/秒。
  • 标准存储深度每路通道500Mpts
  • 采样率高达5Gs/s,配备通道专用的12位ADC,以及高清模式,可将垂直分辨率增强至18位。
  • 先进的数字触发器,灵敏度可调至0.0001div,触发抖动<1ps。
  • 连续采集之间的盲区时间小于21ns,在最多激活4个通道的情况下,示波器仍可以保持采集速率,不会因可视化而中断。基本测量和数学函数均采用硬件加速。

一个在负载瞬态测试中的应用实例是在48/12V DC-DC全桥降压转换器上演示的,该转换器的开关频率为100kHz,最大负载电流为8A。电子负载配置为施加最大负载电流的20%至80%的负载阶跃。电子负载阶跃发生器的一个例子是由脉冲发生器驱动的MOSFET,该脉冲发生器在其输出端打开和关闭负载电阻。正占空比测量被激活,记录长度足以捕捉低-高以及高-低阶跃序列。此测试捕获的波形如图1所示。NIOednc

NIOednc

图1:负载瞬态阶跃的示波器波形(来源:罗德与施瓦茨)NIOednc

在此截图中,通道1显示输出电压,通道2显示输出电流,通道3显示PWM控制器开关波形。跟踪的PWM正占空比也以粉色显示。顶部波形显示整个阶跃序列,而底部的缩放窗口更详细地显示了低高阶跃负载瞬变。缩放窗口显示输出电压下降约300µs,然后恢复到稳定状态。NIOednc

20%和80%负载之间的稳态偏差仅为2.4mV。电压降是输出电容器放电的典型现象。较高的输出电流会导致输出变压器和整流器的损耗更高。跟踪波形显示,负载瞬变后占空比从24%变为26%,这一变化补偿了较高电流下的额外损耗。设计人员可以使用这些信息来优化设计,并确保转换器在整个负载瞬变斜率和水平范围内都具有稳定性。NIOednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:Load Transient Testing in Power Converters,由Ricardo Xie编译。)NIOednc

责编:Ricardo
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