電源轉換器在任何情況下都需要穩(wěn)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(huán)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(huán)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(jié)電源轉換器。這種復雜的調節(jié)系統(tǒng)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(yè)知識和合適的測量工具來發(fā)現(xiàn)并定位系統(tǒng)中的意外情況。

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(wěn)定性。通常情況下，PWM 控制器可以提供多種功能，系統(tǒng)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(huán)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(wěn)上升。

在這個過程中，占空比逐漸變大，直到輸出電壓達到穩(wěn)態(tài)。啟動序列完成后，標準控制反饋環(huán)路會將輸出電壓調節(jié)到目標值。輸入電壓快速變化時，線路前饋環(huán)路功能可能啟動來優(yōu)化輸出電壓調節(jié)。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(wěn)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(huán)路調節(jié)不當。觸發(fā)電壓變化可以檢測到突然變得不穩(wěn)定的環(huán)路，另一種更好的方法是監(jiān)測正占空比大小，因為占空比有助于調節(jié)電源裝置，保持輸出電壓恒定。對于復雜的控制系統(tǒng)，必須利用復雜觸發(fā)功能來檢測異常情況。

圖 1：定義復雜觸發(fā)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(fā)技術，非常適合處理這種難題。數字觸發(fā)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(fā)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(fā)條件。圖 1 顯示了轉換器啟動時的觸發(fā)條件。

觸發(fā)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(fā)，輸出電壓必須位于指定范圍內。觸發(fā)條件 B 必須為寬度觸發(fā)。

寬度觸發(fā)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(xiàn)這種情況。但是，如果轉換器達到穩(wěn)態(tài)，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(fā)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(fā)現(xiàn)其根本原因。

圖 2：觸發(fā)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(fā)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(guī)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(fā)事件 A 窗口

設備設置

按以下步驟配置復雜觸發(fā)：

設置合適的通道，并選擇正確的探頭

激活觸發(fā)序列，定義合適的重置超時（見圖 2）

將觸發(fā) A 定義為窗口觸發(fā)（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(fā) B 定義為寬度觸發(fā)，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(fā)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(tài)響應

設置完成后，轉換器啟動，并運行軟啟動程序。一旦觸發(fā)檢測到符合條件 A 的有效觸發(fā)，轉換器就會等待占空比測量出現(xiàn)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(fā)。

為了演示這種復雜觸發(fā)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(fā)。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(fā)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(fā)，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(xiàn)這種占空比變化。由于采用了復雜觸發(fā)序列，因此接下來可以優(yōu)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(tǒng)情況。現(xiàn)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(huán)路中的異常事件。示波器運用數字觸發(fā)技術，用戶可以定義復雜觸發(fā)事件，從而有效發(fā)現(xiàn)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。