電源轉換器在任何情況下都需要穩定運行。大部分轉換器會在不同條件下工作，例如不同的負載階躍、啟動/關閉序列和輸入電壓變化。除了標準反饋控制環路之外，轉換器的脈沖寬度調制 (PWM) 控制器還提供擴展功能，包括線路前饋環路控制和軟啟動控制。這些擴展控制功能可以在特定條件下更好地調節電源轉換器。這種復雜的調節系統需要利用尖端方法，保證轉換器在所有模式下都能正常運行。這需要運用淵博的專業知識和合適的測量工具來發現并定位系統中的意外情況。

R&S?MXO 5 系列示波器

您的任務

電源轉換器需要在所有操作模式下驗證其設計和穩定性。通常情況下，PWM 控制器可以提供多種功能，系統因而變得更加復雜，需要利用尖端方法驗證轉換器。這些功能包括線路前饋環路控制和軟啟動控制。

軟啟動控制是一種特殊模式：電源轉換器啟動后，正占空比會逐漸增加，輸出電壓平穩上升。

在這個過程中，占空比逐漸變大，直到輸出電壓達到穩態。啟動序列完成后，標準控制反饋環路會將輸出電壓調節到目標值。輸入電壓快速變化時，線路前饋環路功能可能啟動來優化輸出電壓調節。這兩種控制機制可以共存，導致難以檢測并確定意外或不穩定的操作情況。開關轉換器的設計避免不了噪聲，可能導致環路調節不當。觸發電壓變化可以檢測到突然變得不穩定的環路，另一種更好的方法是監測正占空比大小，因為占空比有助于調節電源裝置，保持輸出電壓恒定。對于復雜的控制系統，必須利用復雜觸發功能來檢測異常情況。

圖 1：定義復雜觸發來檢測異常影響

羅德與施瓦茨解決方案

R&S?MXO 5 示波器采用數字觸發技術，非常適合處理這種難題。數字觸發的靈敏度高達 0.0001/div，高分辨率模式下分辨率可達 18 位。考慮到需要結合兩種觸發條件來檢測軟啟動周期結束后的正占空比變化，因此也可以定義復雜觸發條件。圖 1 顯示了轉換器啟動時的觸發條件。

觸發條件 A 用于檢測軟啟動階段輸出電壓停止上升的時刻，可以配置為窗口觸發，輸出電壓必須位于指定范圍內。觸發條件 B 必須為寬度觸發。

寬度觸發可以檢測超出正占空比指定范圍的值。如果線路前饋控制濾波器設計不當，會很容易出現這種情況。但是，如果轉換器達到穩態，占空比不會變化太大。如果正占空比因意外事件而超出有效范圍，將觸發條件 B，且采集停止。這有助于隔離該異常控制事件，便于用戶發現其根本原因。

圖 2：觸發序列窗口

應用

結合全橋拓撲和同步整流的直流-直流開關轉換器可以演示復雜觸發功能。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。最大輸出電流規定為 8 A。此應用中使用的數字控制器可以啟用、禁用和修改線路前饋控制。

圖 3：觸發事件 A 窗口

設備設置

按以下步驟配置復雜觸發：

設置合適的通道，并選擇正確的探頭

激活觸發序列，定義合適的重置超時（見圖 2）

將觸發 A 定義為窗口觸發（包括定義高電平和低電平），捕獲啟動階段軟啟動的結束時刻（見圖 3）

激活正占空比測量功能，并定義參考電壓（例如定義為電壓的 20/50/80%）

將觸發 B 定義為寬度觸發，并設置寬度和 delta 時間（見圖 4）

激活占空比測量功能和跟蹤功能

圖 4：觸發事件 B 窗口

圖 5：轉換器啟動和異常控制影響

測量負載瞬態響應

設置完成后，轉換器啟動，并運行軟啟動程序。一旦觸發檢測到符合條件 A 的有效觸發，轉換器就會等待占空比測量出現變化。如果軟啟動后負載恒定，由于占空比保持不變，轉換器將不會依據條件 B 進行觸發。

為了演示這種復雜觸發序列，啟動轉換器中控制器的線路前饋功能，且轉換器的數字濾波器設計不當。這樣一來，轉換器同樣根據條件 B 進行觸發。測量通道 1 的輸出電壓和通道 3 的輸入電壓，記錄的測量結果顯示在圖 5 中。通道 2 顯示控制器的內部信號，反映次級輸入電壓。M2 通道顯示經過低通濾波器濾波的通道 2。PWM 控制信號（通道 4）和正占空比的跟蹤波形顯示在底部窗口中。

圖 6：觸發條件 B 下的異常控制影響

軟啟動序列結束后 3 ms，轉換器在條件 B 下激活觸發，因為占空比上升（正）后下降（負）。只有啟動線路前饋時，才會出現這種占空比變化。由于采用了復雜觸發序列，因此接下來可以優化采集長度。結果顯示在圖 6 中。

在本應用中，測量更加準確，因而提供了更多詳細信息，有助于用戶更好地了解系統情況。現在，用戶可以啟動測量流程，有效查找問題的根本原因。

總結

R&S?MXO 5 示波器非常適合檢測電源轉換器控制環路中的異常事件。示波器運用數字觸發技術，用戶可以定義復雜觸發事件，從而有效發現問題的根本原因。此外，示波器提供更大的內存，便于用戶增加其他功能，例如跟蹤占空比功能，這需要在長采集周期內提供高采樣率。示波器功能多樣，適用于驗證并了解電源轉換器的設計操作。