PSM1700频率响应分析原理与操_demo

補償網路的設計
1. 針對控制到輸出增益發生極點的頻率附近，在補償網路內加入 零點，以使相位邊限達到45°。 2. 針對控制到輸出增益發生零點的頻率附近，在補償網路內加入 極點，以使增益曲線保持所希望的斜率。 3. 如果因為在補償網路加了零點而造成低頻增益過低而無法得到 好的直流調整率， 則在低頻處加入一對零點與極點，以增強增 益。 4. 在複雜的線路情況下，必然會有一些嘗試及錯誤發生。
電源穩定性分析
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研發，設計，和品保工程師必須測定閉迴路增益邊限度和相 位邊限度，以掌握交換式電源供應器(SMPS)、不間斷電源 （UPS）等產品其的控制迴路的穩定度，以及迴路是否有阻 尼過度（ over-damped ），或是阻尼不足（ under-damped ） 的現象。
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回授系統的設計影響到很多參數，如調整率，穩定度，及瞬 態響應等。交換式電源供應器穩定性驗証必須包含輸出電壓 電流在不同的負載條件下仍能符合兩項原則的要求。
誤差放大器與補償網路
兩個不變的規則
穩定度是由增益邊限度和相位邊限度兩原素決定︰ 當迴路增益為0dB時相位邊限度大於45° (小於 315°) 相位邊限度是指當迴路增益為零時實際相位與360度之間相 位差異度數通常以度為單位。 當相移達到360 °的時候增益值迴路增益應低於 - 20dB 迴路增益邊限是指當相移等於360度的時候增益值，通常以 dB為單位。
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組建量測系統
低輸出電壓注入信號模式
注入信號接線
高輸出電壓注入信號模式
注入信號接線
PSMcomm-建立檔案

在硬碟中建立檔案夾，例如 D:\PSMcomm， 將PSMcomm軟體複製於檔案夾中 PSMcomm是一個獨立的軟體，不需Windows 的安裝精靈安裝即可獨立運作。

PSMcomm-執行
注︰表格內1、2、是指相對編號的波特圖
源最高電壓 滿 半 空 載 載 載 7 8 9 16 17 18 25 26 27
封閉迴路穩定的評量要點
1. 只有單一的增益轉折點（Crosses Unity 0dB），而且轉折頻點 Fc上低於180°，在其他的頻點上縱使超過180°系統仍然會保持 穩定， 2. 小的相位邊限<40°，系統在跳載測試時會產生過衝或振鈴甚至 震盪。相位邊限45°~80 °是既可以獲得好的響應也只會有很小 的過衝。相位邊限>80°時系統上升時間長，動態性能差。 3. 如果在轉折頻點Fc之後，相位邊限不足但增益不為零，在穩定 負載時不會發現問題，但是在大的跳載時會發現嚴重的震盪或 是阻尼不足。 4. 讓系統穩定的捷徑是把比濾波器的極點（Pole）頻率還要低的 頻段環路增益降低。但是這樣會導致很糟糕的動態響應。 5. 相位邊限在轉折頻點Fc和頻點以下的頻段都應保持大於45°。 6. 在低頻段由高增益會讓系統有比較好的直流調整率。

透過隨機附上的RS232導線，將個人電腦 與PSM1700連接 PSMcomm軟體預設的RS232通訊埠為 COM1，速率為19200 Baud rate 先將PSM1700開機，再點選PSMcomm軟 體圖示打開軟體


PSMcomm
OUTPUT=Set 300mV (Vpk, No Loaded), the inject signal is 11.9mV (after injection transformer)
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藉由顯示增益和相位，波德圖（bode plot graph）或是各頻點 的增益和相位清單。PSM1700 直接提供工程師交換式電源供 應器閉迴路增益邊限度和相位邊限度數據與圖表。
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工程師在修改過補償電路之後再執行掃頻觀察修改的效果。
設定注入信號
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信號產生器經由絕緣變壓器送出特定頻率的信號注入到待測電 路。將FRA的CH2接到控制迴路的輸出，FRA的CH1接到控制 迴路的輸入。
在PSMcomm軟體上，點擊並設定 Out 在amplitude欄輸入欲注入的訊號準位 點選output欄，產生下拉視窗，然後選擇on
波德圖Bode Plot製作

在PSMcomm軟體上，點擊並設定 CH1、CH2 點選 coupling 欄並選擇 ac
波德圖Bode Plot製作

將理論與實際應用
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要進行量測，必須注入一干擾信號(error signal)到控制迴路以 兩個通道作FRA (Frequency Response Analyzer)分析驗証。 確認增益邊限度和相位邊限度。
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PSM1700 採用 DFT (Discrete Fourier Transform) 技術將很微 小並被雜訊所遮蓋的訊號分離出來進行分析。
在PSMcomm軟體上，點擊並設定 Sweep 功能 在 sweep start 欄輸入起始頻率 在 sweep end 欄輸入終止頻率 在 steps 欄輸入掃瞄點數
波德圖Bode Plot製作

點選後點擊＂START” 軟體立刻開始掃瞄；中途若欲停止 掃瞄可點擊＂STOP”
波德圖Bode Plot製作
交換式電源供應器封閉迴路評量 的測試條件
交換式電源供應器的穩定性會受到輸入電源，輸出負載， 和溫度的影響。所以在評估時要針對各種組合條件進行測試, 然後以波德圖進行分析:
源最低電壓 源正常電壓 滿 半 空 滿 半 空 載 載 載 載 載 載 常溫 1 2 3 4 5 6 高溫 10 11 12 13 14 15 低溫 19 20 21 22 23 24
交換式電源供應器迴路系統
交換式電源供應器總是用封閉迴路負回授來達到所期望的電源 調整率，負載調整率，動態響應要求。系統基本上由三個主要 部分所構成︰
● 誤差放大和補償 ● PWM和電源開關迴路 ● 輸出濾波器
封閉迴路頻率響應分析法
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系統封閉迴路頻率響應的分析與測試應用，最常見的在交換 式電源供應器的回授系統的封閉迴路頻率響應測試。交換式 電源供應器的封閉迴路系統需要做適當的補償（阻尼）以防 止系統產生不穩定或產生震盪現象。
源自文库
PSMcomm-執行

選擇電腦與PSM1700對應的 Baud rate
PSMcomm-執行

進入連線測試模式 點擊下拉視窗上的 ∨ Demo mode (no communication with instrument) ，消去 ∨ 符號，電腦將嘗試與 PSM2200連線。如果連線失敗的話，∨ 符號仍會存在
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要確保系統不會出現所不希望產生的不穩定現象。最少要以掃 頻信號20Hz-30kHz觀察注入信號是否適當的參考。
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選擇掃頻頻率必須由低頻端稍高於20Hz開始，PSM1700的兩 個通道輸入都採交流交連。
調適注入信號
1.
以示波器模式觀察電源輸出，徐徐增加PSM1700產生器輸出 振幅到看到一個約待測體的輸出電壓5%左右的調制信號。注 入信號要大到能量測到，小到不影響系統線性。

大的帶寬表明更快的瞬態響應，更大的相位邊限表 明在瞬變過程中的過衝(overshoot)回應更少。

一般的若是電源頻率在100kHz的話就測試 10Hz~100KHz。通常的轉折點是在2KHz~10KHz。
交換式電源供應器封閉迴路設計 步驟
交換式電源供應器封閉迴路系統因為它的增益頻率響應曲線只發生 一個轉折點，分析上比較不是那麼困難，以波德圖方法是一個既簡單又 有效的分析方法。 切換頻率Fc, 增益特性等在事前就依用途而決定，之後的目標任務就 是做好誤差放大器和補償電路的特性。藉由取得最佳的封閉迴路頻寬來 獲得好的動態響應，電源調整率，負載調整率，和穩定度。

掃瞄完畢後螢幕即出現頻率點以及對應的增益與相位數值
波德圖Bode Plot製作

按 graph 功能鍵即可顯示波德圖
波德圖Bode Plot製作

點選 Find Gain/Phase Margin，程式將自動搜尋並標示 Gain/Phase Margin 移動Gain/Phase Margin處的游標，也可以移動標記到你 想要的點， Gain/Phase/Frequency也會隨之改變
2.
將產生器頻率調到頻率範圍的高頻端，以確認整個頻帶的注 入振幅。不能出現驅動不足或過載導致錯誤的測量結果。
3.
若交換式電源供應器的輸出是完全隔離的，則可將PSM1700 的信號產生器的輸出直接接到注入電阻10R上。則在很低的 頻率也可得更穩定的測量結果。
多組輸出SMPS交換式電源供應器
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兩組電源輸出時，整個電源迴路增益特性= GAIN1 + GAIN2 2*GAIN2 1 - GAIN1*GAIN2。因需要具備同時量測四個通道得 功能，並沒有人採用此技術。 測試多組輸出（多組控制迴路）電源的做法通常是針對各個獨 立的迴路個別測試， 確認每個獨立的各組迴路的穩定性。 以一個雙輸出（+ 5V及+12V）電源為例，在量測個別的迴路時 要將另一組迴路中斷。如要測試+ 5V 迴路，則將+12V 輸出的 回授檢出點斷開，以另外一個+12V 電源代替。這樣，+12V迴 路就不能構成。 以同樣的模式與步驟來測試+12V迴路。若+ 5V及+12V兩迴路 都做過穩定度的個別檢驗而且都是穩定的。那麼，此電源的整 體控制迴路的穩定度是符合要求的。
交換式電源供應器封閉迴路設計步驟為︰
1. 以波德圖訂出所希望的封閉迴路響應特性 2. 定義控制方法，和PWM，開關部分，濾波器等的綜合輸出增益 由步驟（1）增益特性減去步驟（2）增益特性即為設計補償網路增益特 性目標。調整優化增益和相位邊限，得到優化的零極點分發及增益相位 邊限波德圖。
預計與實測波德圖比較
N4L PSM1700
相位增益分析儀 原理與操作
Ver: D
PSM2200

交換式電源供應器的穩定性 組成量測系統 PSM1700標準配件 PSM1700功能操作
交換式電源供應器的穩定性
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交換式電源供應器的穩定性會受到輸入電源， 輸出負載，和溫度的影響。
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其他會影響系統穩定性的各種元素如︰元件在長期工 作後公差變大，不當的輸入濾波器，輸出負載電容， 開關的雜訊也會影響系統穩定性。
波德圖Bode Plot製作

在成功將電腦與PSM1700連線之後，接下來即可進行測試 與製作波德圖 在PSMcomm軟體上，點擊並設定 Mode，然後點選operating mode下拉視窗，點選其中的frequency response analyzer

波德圖Bode Plot製作



Gain 0dB
Gain Margin -30dB 489Hz 1kHz 8kHz 10kHz 100kHz
100Hz
PSMcomm-執行

在PSMcomm軟體上，點擊Configure功能，即可產生一下拉視窗 如果電腦與PSM1700未成功建立通訊的話，可點擊 COM port，螢 幕上即出現COM1~COM9可供選擇的下拉視窗，你可從這個視窗中 選擇與PSM1700連接的電腦的通訊埠
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大多數情況下工程師以檢查回授系統在封閉迴路增益為0dB （無增益）的情況下相位邊限(Phase Margin)是否大於45度。 另外在相位接近於零度時封閉迴路增益邊限(Gain Margin)是 否小於 -20dB。如果符合此二條件，則此回授迴路會得到穩 定的響應。
波德圖

環路響應波德圖顯示當前設計的封閉迴路帶寬和相 位邊限。總的來說，增益響應曲線在穿過0dB時通常 應以20dB/十倍頻程的速率下降。