驗證開關轉換器的穩定性，對于電源設計非常重要。頻率環路和負載瞬態響應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日益重要，負載瞬態響應仍是一種常用方法。顯示脈寬調制 (PWM) 信號在一段時間內的正占空比，還可以增強負載瞬態響應?，F代示波器具備此功能，還有助于識別未知的轉換器影響。

R&S?MXO 5 示波器

您的任務

電源設計必須驗證環路穩定性，以保證操作正常且穩定。目前，頻率環路響應是測量轉換器環路穩定性的首選方法。頻率環路響應采用小信號交流分析方法，將小正弦信號注入環路，進而在開環中測量寬頻率范圍內的增益和相位。

測量的增益和相位值與頻率繪制成波特圖，便于直接確定增益裕量、相位裕量和交叉頻率。負載階躍響應測試應用大電流階躍，并需要測量和分析電壓響應。

圖 1：降壓轉換器的負載瞬態設置

大信號在不同于開環系統的閉環中進行測量。輸出電壓需在時域進行分析，以估計和確定轉換器穩定性。圖 1 中的示例使用降壓轉換器測試負載瞬態響應。

負載電流快速變化時，需要將負載階躍發生器連接至轉換器輸出端。PWM 信號在控制環路中控制動力裝置，測量負載階躍期間的正占空比可以增強負載瞬態響應，同時直觀顯示未知影響。

這種測量需要使用儀器在整個記錄期間以高采樣率測量正占空比。逐周期測量必須顯示為一段時間內的波形。

圖 2：負載瞬態響應

羅德與施瓦茨解決方案

R&S?MXO 5 示波器非常適合這種挑戰性任務，即使在較高的 PWM 開關頻率下也能測量長記錄期間的正占空比。測量需要大帶寬、高采樣率和大存儲容量。一次采集中的所有正占空比可用于通過跟蹤軌跡顯示整個采集過程中的變化?？梢燥@示一段時間內單周期中每次測量的跟蹤軌跡。圖 2 顯示了跟蹤波形中包含的典型負載瞬態波形。

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。圖中還顯示了控制器輸出的正占空比，并將其用于創建軌跡。理論上而言，占空比會調節動力裝置以維持恒定輸出電壓，因此跟蹤波形反映出輸出電壓波形。

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 100 kHz，能夠將 48 V 輸入電壓轉為 12 V 輸出電壓。最大輸出電流設為 8 A，并通過電子負載生成輸出負載階躍。

設備設置

在轉換器輸出端應用負載階躍之前，需要先執行其他操作以便將正占空比顯示為跟蹤波形：

設置通道，并選擇探頭

定義觸發以捕獲控制器輸出端的負載階躍事件

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%）

必須定義至少 100 Msample/s 的采樣率，以準確測量具有陡峭邊沿的 PWM 信號

充分設置記錄長度以采集整個序列（至少一個從低到高的電流階躍和一個從高到低的電流階躍）

使用測量子菜單激活跟蹤功能，并優化垂直刻度

測量瞬態負載

設置完成后，配置電子負載以在低電流（最大負載的 20%）和高電流（最大負載的 80%）之間應用負載階躍。如圖 3 所示，一旦觸發檢測到有效的觸發條件，屏幕上將出現波形。頂部窗口顯示采集兩個不同方向的負載階躍。測量通道 1 的輸出電壓和通道 2 的輸出電流。屏幕上還顯示 PWM 控制信號（通道 3）和正占空比的跟蹤波形。

縮放窗口顯示輸出電壓僅下降約 300 μs，隨即恢復穩態操作。光標功能測量顯示，穩態下 20% 和 80% 負載之間的偏差僅為 2.4 mV。轉換器進入穩態后，跟蹤波形顯示不同結果（26% 而非 24%）。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，2% 偏差源于高輸出電流引起的高傳導損耗。高損耗主要來自變壓器和輸出整流器。需要提高正占空比來均衡附加損耗，跟蹤功能支持這種復雜的測量任務。

總結

R&S?MXO 5 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，并詳細深入地分析系統行為。大存儲容量和跟蹤功能等優越特性有助于用戶詳盡探索和了解轉換器操作。

圖 3：降壓轉換器的負載瞬態設置