驗證開關轉換器的穩定性對于電源設計非常重要，頻率環路響應和負載瞬態響應被經常用于確保開關轉換器的穩定性。雖然頻率環路響應在設計驗證中的地位日益凸顯，但負載瞬態響應任被經常使用。通過觀察脈寬調制（PWM）信號在一段時間內的正占空比變化，我們可以更深入地了解負載瞬態響應的情況。現代示波器不僅具備這樣的功能，還幫助我們識別未知的轉換器影響。

您的任務

在電源設計中為了確保操作正常且穩定，驗證環路穩定性是至關重要的。目前，頻率環路響應已經成為測量轉換器環路穩定性的首選。這種方法通過小信號交流分析，將小正弦信號注入環路，測量開環狀態下寬頻率范圍內的增益和相位。將測得的增益和相位值相對于頻率繪制在伯德圖中，以直接獲得增益裕度、相位裕度和交叉頻率。在負載階躍響應測試中，需要施加大電流階躍，然后需要測量和分析電壓響應。大信號測量是在閉環中進行的，這與開環系統有很大不同。需要在時域中分析輸出電壓，以估計和確定轉換器穩定性，圖1是使用降壓轉換器來測試負載瞬態響應的示例。

圖1 降壓轉化器的負載瞬態設置

大信號測量是在閉環中進行的，這與開環系統有很大不同。需要在時域中分析輸出電壓，以估計和確定轉換器穩定性，圖1是使用降壓轉換器來測試負載瞬態響應的示例。當負載電流快速變化時，將負載階躍發生器連接到轉換器輸出端子至關重要。由于 PWM信號在控制環路中控制發電廠，因此在觀察未知影響時測量負載階躍期間的正占空比可以增強負載瞬態響應。這種測量需要一種能夠在整個記錄周期內以高采樣率測量正占空比的儀器。逐周期測量必須顯示為一段時間內的波形。

海洋儀器給出的解決方案

羅德與施瓦茨的R&S MXO5示波器非常適合完成這種具有挑戰性的任務。它能夠在較高的PWM開關頻率下，長時間記錄并測量正占空比。這種測量需要大帶寬、高采樣率和大存儲容量。采集中的所有正占空比均可用于可視化軌道中整個采集的變化。可以隨時間顯示單個周期中每次測量的軌跡。軌道波形中包含的典型負載瞬態波形如圖2所示。

圖2 負載瞬態響應

圖2顯示了三個連續負載階躍的標準輸出電壓和電流波形。控制器輸出的正占空比也會顯示并用于創建軌跡。理論上，跟蹤波形反映了輸出電壓波形，因為占空比調節發電機以維持恒定的輸出電壓。

應用

結合全橋拓撲和同步整流的直流-直流開關轉換器具有跟蹤功能。此獨立轉換器的開關頻率為100kHz，能夠將48V輸入電壓轉為12V輸出電壓。最大輸出電流設為8A，并通過電子負載生成輸出負載階躍。

設備設置

在轉換器輸出處施加負載階躍之前，我們需要進行一些設置，以便能夠正確顯示正占空比的跟蹤波形。1、設置通道和選擇探頭2、定義觸發以捕獲控制器輸出端的負載階躍事件3、激活正占空比測量功能并定義參考電壓百分比（例如20%、50%、80%）4、設定采樣率，才能精確測量具有陡峭邊沿的PWM信號（至少100Msample/s）5、足夠捕獲整個序列的記錄長度（至少一個當前步驟從低到高，另一種形式從高到低）6、激活測量子菜單中的跟蹤功能并優化垂直縮放

測量瞬態負載

設置完成后，我們就可以配置電子負載，在低電流（最大負載的20%）和高電流（最大負載的80%）之間施加負載階躍。一旦觸發器監測到有效的觸發條件，示波器就會顯示波形。如圖3所示，頂部窗口顯示任一方向上兩個負載階躍的采集。在通道1上測量輸出電壓，在通道2上測量輸出電流。還顯示PWM控制信號（通道3）和正占空比的跟蹤波形。

圖3 降壓轉化器的負載瞬態設置

縮放窗口顯示輸出電壓僅下降約300μs，然后才重新進入穩態操作。通過光標功能測量，穩定狀態下20%和80%負載之間的偏差僅為2.4mV。轉換器進入穩定狀態后，跟蹤波形顯示不同結果（26%而不是24%）。該偏差顯示出影響，不符合圖2所示的預期結果。相關定義和理論表明，占空比應與負載電流無關。根據控制理論，這2%的偏差可能是由于高輸出電流引起的高傳導損耗所致。這些損耗主要來自于變壓器和輸出整流器。為了補償這些附加損耗，需要提高正占空比來平衡，并且跟蹤功能支持這種復雜的測量任務。

總結

R&S MXO5示波器示波器非常適合通過PWM控制來驗證電源轉換器的負載瞬態，在這種情況下需要進行更深入的分析以揭示系統行為細節。大容量內存存儲和跟蹤功能等出色的功能可幫助用戶查找和了解轉換器操作的詳細信息。