在任何情況下，穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電源轉(zhuǎn)換器來說都是必不可少的。大多數(shù)轉(zhuǎn)換器類型都有不同的工作條件，例如負(fù)載階躍、啟動(dòng)/關(guān)閉序列和輸入電壓變化。除了標(biāo)準(zhǔn)反饋控制環(huán)路外，集成脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 控制器還提供擴(kuò)展功能，例如線路前饋環(huán)路控制和軟啟動(dòng)控制。

　　這些擴(kuò)展的控制功能可改善特定條件下的調(diào)節(jié)。這種復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要智能方法來確保轉(zhuǎn)換器在所有模式下都能正常運(yùn)行。豐富的專業(yè)知識(shí)和正確的測量工具對(duì)于識(shí)別和定位系統(tǒng)中的意外事件至關(guān)重要。

　　必須在所有操作模式下驗(yàn)證電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性。通常，脈沖寬度調(diào)制 控制器提供多種功能，這可能會(huì)增加復(fù)雜性并需要智能驗(yàn)證方法。示例包括線路前饋環(huán)路控制和軟啟動(dòng)控制。軟啟動(dòng)控制是一種特定模式：當(dāng)轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)時(shí)，正占空比逐漸增加，以平穩(wěn)地提高輸出電壓，從而限制浪涌電流和整體電氣應(yīng)力。

　　在此時(shí)間范圍內(nèi)，占空比從低值變化到高值，直到輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。一旦完成該序列，標(biāo)準(zhǔn)控制反饋環(huán)路就會(huì)將輸出電壓調(diào)節(jié)到目標(biāo)值。此外，當(dāng)輸入電壓快速變化時(shí)，線路前饋環(huán)路可能會(huì)處于活動(dòng)狀態(tài)以優(yōu)化輸出電壓調(diào)節(jié)。兩種控制機(jī)制共存，使得檢測和定位意外或不穩(wěn)定的操作變得困難。開關(guān)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中自然存在噪聲，可能導(dǎo)致環(huán)路調(diào)節(jié)不當(dāng)。控制環(huán)路中的這種不穩(wěn)定性可以通過觸發(fā)電壓變化來檢測，或者更好的方法是通過監(jiān)控正占空比的寬度來檢測，因?yàn)檎伎毡扔糜谡{(diào)節(jié)發(fā)電廠以保持輸出電壓恒定。在如此復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，必須具有復(fù)雜的觸發(fā)能力才能檢測出任何異常事件。

　　具有復(fù)雜觸發(fā)功能的示波器

　　測試工程師需要基于數(shù)字觸發(fā)技術(shù)的示波器來完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。羅德與施瓦茨為其 MXO 4 和 MXO 5 示波器系列配備了靈敏的 0.0001/div 數(shù)字觸發(fā)器。它們?cè)诟咔迥Ｊ较绿峁└哌_(dá) 18 位的分辨率。由于兩個(gè)觸發(fā)條件對(duì)于在軟啟動(dòng)期結(jié)束后發(fā)現(xiàn)正占空比的變化至關(guān)重要，因此示波器還允許定義復(fù)雜的觸發(fā)條件。圖 1 顯示了轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)時(shí)的觸發(fā)條件。

　　觸發(fā)條件 A 檢測軟啟動(dòng)斜坡的結(jié)束，并配置為窗口觸發(fā)器。輸出電壓必須在定義的范圍內(nèi)。條件 B 的觸發(fā)類型可以基于 PWM 脈沖寬度。

　　寬度觸發(fā)器將檢測正占空比定義范圍之外的任何值。由于線路前饋控制濾波器設(shè)計(jì)不當(dāng)，這種情況很容易發(fā)生。但是，如果轉(zhuǎn)換器處于穩(wěn)定狀態(tài)，則不會(huì)出現(xiàn)明顯的占空比變化。如果正占空比由于意外事件而偏離有效范圍，則條件 B 將觸發(fā)并停止采集。這有助于隔離此特定事件，用戶可以發(fā)現(xiàn)此不規(guī)則控制事件的根本原因。

　　分析 DC/DC 開關(guān)轉(zhuǎn)換器行為

　　使用具有同步整流的全橋拓?fù)?DC/DC 開關(guān)轉(zhuǎn)換器來展示 R&S MXO 5 的復(fù)雜觸發(fā)。使用 R&S MXO 4 示波器進(jìn)行處理是相同的。隔離轉(zhuǎn)換器以 100 kHz 的開關(guān)頻率運(yùn)行，并將 48 V 的輸入電壓轉(zhuǎn)換為 12 V 的輸出電壓。輸出電流最大為 8 A。此應(yīng)用中使用的數(shù)字控制器使用戶能夠激活、停用和修改線路前饋控制。

　　設(shè)備設(shè)置步驟

　　要配置復(fù)雜觸發(fā)器：

　　設(shè)置合適的通道，包括選擇合適的探頭

　　激活觸發(fā)序列并定義適當(dāng)?shù)闹刂贸瑫r(shí)(圖 2)

　　將觸發(fā)器A定義為窗口類型，包括上電平和下電平，用于在啟動(dòng)過程中捕捉軟啟動(dòng)的結(jié)束(圖3)

　　激活正占空比測量功能并定義參考水平，例如電壓的 20/50/80%

　　將觸發(fā)器B定義為寬度類型，并設(shè)置寬度和增量時(shí)間(圖4)

　　激活占空比測量功能，包括跟蹤功能

　　測量負(fù)載瞬變

　　設(shè)置完成后，轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)，并執(zhí)行軟啟動(dòng)程序。一旦觸發(fā)器檢測到條件 A 的有效觸發(fā)，儀器就會(huì)等待占空比測量中的任何變化。假設(shè)軟啟動(dòng)后負(fù)載恒定，儀器將不會(huì)在條件 B 觸發(fā)，因?yàn)檎伎毡葢?yīng)該保持恒定。

　　為了展示這個(gè)復(fù)雜的觸發(fā)序列，在轉(zhuǎn)換器控制器內(nèi)部激活了線路前饋功能，但數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)不當(dāng)。結(jié)果，儀器也在條件 B 下觸發(fā)。記錄的測量結(jié)果如圖 5 所示，其中在通道 1 上測量輸出電壓，在通道 3 上測量輸入電壓。通道 2 顯示控制器的內(nèi)部信號(hào)，該信號(hào)將輸入電壓反映到次級(jí)側(cè)。M2 通道顯示通過數(shù)學(xué)函數(shù)由低通濾波器濾波的通道 2。此外，PWM控制信號(hào)(通道 4)和正占空比軌跡波形顯示在底部窗口中。

　　軟啟動(dòng)序列過去三毫秒后，儀器在條件 B 下觸發(fā)，因?yàn)檎伎毡蕊@示正階躍，然后是負(fù)下降。只有當(dāng)線路前饋激活時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)此占空比變化。下一步是優(yōu)化采集長度，由于觸發(fā)序列復(fù)雜，現(xiàn)在已可實(shí)現(xiàn)。結(jié)果如圖 6 所示。

　　這樣，用戶可以看到更多細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確度更高，從而更好地理解系統(tǒng)。用戶可以啟動(dòng)流程并高效地找到根本原因。

　　識(shí)別異常事件

　　為了識(shí)別電源轉(zhuǎn)換器控制環(huán)路中的異常事件，測試工程師需要一臺(tái)具有數(shù)字觸發(fā)技術(shù)的示波器。這些儀器使他們能夠有效地定義復(fù)雜的觸發(fā)事件以隔離根本原因。此外，他們還應(yīng)選擇具有大內(nèi)存的示波器，以便添加其他功能，例如跟蹤占空比，其中需要在較長的采集時(shí)間內(nèi)保持較高的采樣率。