准确查找控制环路设计中的异常影响

您的任务

电源转换器需要在所有操作模式下验证其设计和稳定性。通常情况下，PWM 控制器可以提供多种功能，系统因而变得更加复杂，需要利用尖端方法验证转换器。这些功能包括线路前馈环路控制和软启动控制。

软启动控制是一种特殊模式：电源转换器启动后，正占空比会逐渐增加，输出电压平稳上升。

在这个过程中，占空比逐渐变大，直到输出电压达到稳态。启动序列完成后，标准控制反馈环路会将输出电压调节到目标值。输入电压快速变化时，线路前馈环路功能可能启动来优化输出电压调节。这两种控制机制可以共存，导致难以检测并确定意外或不稳定的操作情况。开关转换器的设计避免不了噪声，可能导致环路调节不当。触发电压变化可以检测到突然变得不稳定的环路，另一种更好的方法是监测正占空比大小，因为占空比有助于调节电源装置，保持输出电压恒定。对于复杂的控制系统，必须利用复杂触发功能来检测异常情况。

罗德与施瓦茨解决方案

R&S®MXO 5 示波器采用数字触发技术，非常适合处理这种难题。数字触发的灵敏度高达 0.0001/div，高分辨率模式下分辨率可达 18 位。考虑到需要结合两种触发条件来检测软启动周期结束后的正占空比变化，因此也可以定义复杂触发条件。图 1 显示了转换器启动时的触发条件。

触发条件 A 用于检测软启动阶段输出电压停止上升的时刻，可以配置为窗口触发，输出电压必须位于指定范围内。触发条件 B 必须为宽度触发。

宽度触发可以检测超出正占空比指定范围的值。如果线路前馈控制滤波器设计不当，会很容易出现这种情况。但是，如果转换器达到稳态，占空比不会变化太大。如果正占空比因意外事件而超出有效范围，将触发条件 B，且采集停止。这有助于隔离该异常控制事件，便于用户发现其根本原因。

应用

结合全桥拓扑和同步整流的直流-直流开关转换器可以演示复杂触发功能。此独立转换器的开关频率为 100 kHz，能够将 48 V 输入电压转为 12 V 输出电压。最大输出电流规定为 8 A。此应用中使用的数字控制器可以启用、禁用和修改线路前馈控制。

设备设置

• 按以下步骤配置复杂触发：
• 设置合适的通道，并选择正确的探头
• 激活触发序列，定义合适的重置超时（见图 2）
• 将触发 A 定义为窗口触发（包括定义高电平和低电平），捕获启动阶段软启动的结束时刻（见图 3）
• 激活正占空比测量功能，并定义参考电压（例如定义为电压的 20/50/80%）
• 将触发 B 定义为宽度触发，并设置宽度和 delta 时间（见图 4）
• 激活占空比测量功能和跟踪功能

测量负载瞬态响应

设置完成后，转换器启动，并运行软启动程序。一旦触发检测到符合条件 A 的有效触发，转换器就会等待占空比测量出现变化。如果软启动后负载恒定，由于占空比保持不变，转换器将不会依据条件 B 进行触发。

为了演示这种复杂触发序列，启动转换器中控制器的线路前馈功能，且转换器的数字滤波器设计不当。这样一来，转换器同样根据条件 B 进行触发。测量通道 1 的输出电压和通道 3 的输入电压，记录的测量结果显示在图 5 中。通道 2 显示控制器的内部信号，反映次级输入电压。M2 通道显示经过低通滤波器滤波的通道 2。PWM 控制信号（通道 4）和正占空比的跟踪波形显示在底部窗口中。

软启动序列结束后 3 ms，转换器在条件 B 下激活触发，因为占空比上升（正）后下降（负）。只有启动线路前馈时，才会出现这种占空比变化。由于采用了复杂触发序列，因此接下来可以优化采集长度。结果显示在图 6 中。

在本应用中，测量更加准确，因而提供了更多详细信息，有助于用户更好地了解系统情况。现在，用户可以启动测量流程，有效查找问题的根本原因。

总结

R&S®MXO 5 示波器非常适合检测电源转换器控制环路中的异常事件。示波器运用数字触发技术，用户可以定义复杂触发事件，从而有效发现问题的根本原因。此外，示波器提供更大的内存，便于用户增加其他功能，例如跟踪占空比功能，这需要在长采集周期内提供高采样率。示波器功能多样，适用于验证并了解电源转换器的设计操作。