Измерение отклика контура регулирования с использованием осциллографов InfiniiVision X Series компании Keysight на примере стабилизатора напряжения

PDF версия
Одним из наиболее важных моментов при проектировании любой системы, имеющей в своем составе контур регулирования, в том числе и стабилизаторов напряжения, является правильный расчет цепи обратной связи (feedback loop), а для стабилизатора — еще и методологии введения соответствующей компенсации. Если параметры контура обратной связи будут рассчитаны неправильно, то преобразователь может оказаться нестабильным и иметь сбои при регулировании, то есть, проще говоря, не сможет эффективно выполнять свою основную функцию — стабилизировать выходное напряжение или ток в условиях возмущающих воздействий. Однако проблема в том, что здесь имеется много неопределенностей, связанных как с конкретным схемотехническим решением, так и с его конструктивным воплощением в конечном изделии.

Назначением и основной функцией петли обратной связи в стабилизаторах является поддержание выходного напряжения или тока на заданном фиксированном уровне, который зависит только от величины опорного значения. То есть на него не должны влиять ни нагрузка, ни флуктуации входного напряжения, ни изменения условий окружающей среды. На первый взгляд, это реализуется относительно просто, но лишь для статических или медленно изменяющихся воздействий при функционировании преобразователя. Однако для обработки динамического, скачкообразного изменения указанных условий создание петли обратной связи становится весьма непростой задачей. Особенно сложной она представляется, когда петля контура регулирования охватывает не только саму схему стабилизатора, но и, например, его выходной фильтр [1]. Кроме того, при расчетах и моделировании мы не всегда имеем возможность учесть все факторы влияния, а в само уравнение, описывающее поведение петли регулирования, могут попасть величины с высокой неопределенностью, вызывающей вызывающей некоторые компромиссы. Такая ситуация знакома всем, кто хоть раз в жизни проектировал пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор (ПИД-регулятор) — устройство в управляющем контуре с обратной связью, которое используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимой точности и качества переходного процесса при каких-либо возмущающих воздействиях.

К решению этой проблемы мы подойдем комплексно и, выполнив оценочный расчет, обратимся к опыту, который, как учит нас философия, является ведущим критерием истины, — т. е. к практике, включающей материальное производство (в нашем случае — создание прототипа) и накопленный опыт, который позволит нам выбрать необходимую топологию стабилизатора или блока питания и сделать оценочный расчет. Именно опыт и эксперимент дополняют требование по логической согласованности всей цепочки проектирования конечного продукта. А разрешить парадоксы в этой работе нам помогут осциллографы Х‑серии InfiniiVision компании Keysight Technologies Inc. (рис. 1) с дополнительными опциями.

Осциллографы InfiniiVision X‐Series компании Keysight Technologies Inc.

Рис. 1. Осциллографы InfiniiVision X‐Series компании Keysight Technologies Inc.

Осциллограф для проверки и измерений характеристик источников питания, совместно с амперметром и вольтметром, несомненно является основным инструментом измерения. Большинство современных приборов, в том числе и осциллографы InfiniiVision X‑Series 3000T [2], 4000X [3] и 6000X [4] компании Keysight Technologies Inc., к которым для измерения источников питания предлагаются специальные опции DSOX3PWR, DSOX4PWR, DSOX6PWR [5], позволяют автоматизировать измерения многих весьма важных параметров. В качестве примера на рис. 2 показан список характеристик источников питания, которые можно получить на осциллографах InfiniiVision 3000X с помощью программы DSOX3PWR, а сам перечень этих функций приведен ниже.

Прикладная программа DSOX3PWR для измерения и анализа мощности для осциллографов серии InfiniiVision 3000X от компании Keysight Примечание. На заднем плане — напряжение на силовом ключе обратноходового преобразователя.

Рис. 2. Прикладная программа DSOX3PWR для измерения и анализа мощности для осциллографов серии InfiniiVision 3000X от компании Keysight Примечание. На заднем плане — напряжение на силовом ключе обратноходового преобразователя.

Измерение параметров входного сигнала:

  • качество электрической энергии: активная мощность, полная мощность, реактивная мощность, коэффициент мощности и коэффициент амплитуды (для напряжения и силы тока), угол сдвига фаз;
  • гармоники тока (на основе стандарта IEC 61000-3-2 для изделий класса А, В, С и D) выводятся в табличной форме или в виде гистограммы, вместе с полным гармоническим искажением THD;
  • пусковой ток.

Измерение параметров импульсных источников питания:

  • сопротивление открытого канала Rds(on) ключа и напряжение насыщения коллектор-эмиттер Vce(sat) или напряжение на открытом МОП-транзисторе, который используется чаще;
  • потери на переключение (потери мощности и энергии всегда основаны на VxI, Rds(on)или Vce(sat) только во время фазы проводимости);
  • скорость нарастания напряжения и тока (dv/dt и di/dt);
  • анализ модуляции (коэффициент заполнения, длительность импульса, период и рабочая частота и т. д. как изменение по времени).

Измерение параметров выходного сигнала:

  • пульсации выходного напряжения;
  • время включения/выключения;
  • переходная характеристика, позволяющая выполнить анализ переходных процессов;
  • коэффициент полезного действия (в режимах преобразования AC/DC, DC/AC, AC/AC или DC/DC, выбираемых пользователем).

Измерение частотной характеристики (использует встроенный функциональный генератор WaveGen/AWG, дополнительный генератор не требуется):

  • коэффициент подавления нестабильности питания (PSRR);
  • отклик контура управления (диаграмма Боде).

Как видно из приведенного перечня, эти программы, имеющие такие средства измерения, как осциллографы InfiniiVision X‑Series, обеспечивают полный набор измерений и анализа параметров источников питания, позволяющих оценить эффективность и надежность как линейных, так и импульсных стабилизаторов напряжения различных топологий.

Однако в рамках настоящей статьи остановимся лишь на двух измерениях, непосредственно связанных с работой петли регулирования. А именно на определении коэффициента подавления нестабильности питания (PSRR, power supply rejection ratio), иногда воспринимаемого как подавление пульсаций напряжения питания, что верно по отношению к операционному усилителю и не совсем верно по отношению к источникам питания, поскольку для последнего это понятие имеет более широкое значение. И одной из уникальных доступных возможностей, которая открывается с помощью средств измерений, предлагаемых компанией Keysight, — на получении характеристик контура управления в виде диаграммы Боде (представление частотного отклика линейной стационарной системы в логарифмическом масштабе).

 

Коэффициент подавления нестабильности питания (PSRR)

Почему мы решили уделить внимание столь обычному на первый взгляд параметру? Дело в том, что спецификации на стабилизаторы напряжения приводят его на одной частоте, которая не всегда актуальна для конкретного проекта. Чтобы не быть голословными, обратимся к [8]: мы видим, что для стабилизатора LM2931 интересующий нас параметр задан на частоте 120 Гц. А у нас, например, при использовании распределенного питания по технологии PoL (Point of Load — «питание в нагрузку», то есть источник питания находится в непосредственной близости к питаемой нагрузке) он запитан от DC/DC-преобразователя с рабочей частотой 200 кГц. И хотя далее в спецификации приведен так называемый типовой график зависимости PSRR от частоты, будем ли мы полностью уверены в эффективном подавлении интересующего нас спектра частот в выбранном схемотехническом решении с входными/выходными фильтрами и на разведенной нами печатной плате? Думаю, это следует проверить. Чем мы, собственно, и займемся.

Блок-схема, использованная для измерения коэффициента подавления нестабильности питания (PSRR), показана на рис. 3. Данный параметр дает представление о том, насколько хорошо выбранное проектировщиком устройство для питания цепи. Такое устройство, как DC/DC-преобразователь или линейный стабилизатор с малым падением напряжения на регулирующем элементе (LDO-стабилизатор), способно подавить (в общем понимании отфильтровать) различные частотные составляющие, вводимые на его вход. Другими словами, какая часть сигнала помехи, введенного на входе, достигает его выхода.

PSRR определяется как отношение нестабильности входного напряжения (пульсации в широком диапазоне частот) по сравнению с пульсациями напряжения на выходе

Рис. 3. PSRR определяется как отношение нестабильности входного напряжения
(пульсации в широком диапазоне частот) по сравнению с пульсациями напряжения на выходе

Для проведения оценки PSRR в напряжение постоянного тока, подаваемое на вход стабилизатора, необходимо ввести сигнал помехи. Для этого обычно применяют синусоидальный сигнал, качающийся в определенной, интересующей разработчика полосе частот. Ввод такой помехи осуществляется через трансформатор, выполняющий роль суммирующего DC+AC-устройства, например J2120A компании Picotest [9] (рис. 4).

Модулирующий трансформатор Line Injector J2120A компании Picotest

Рис. 4. Модулирующий трансформатор Line Injector J2120A компании Picotest

Это не простой трансформатор, его основные характеристики:

  • полоса рабочих частот: 10 Гц – 10 МГц;
  • низкие собственные потери;
  • максимальный рабочий ток: 5 A;
  • максимальное входное рабочее напряжение постоянного тока: 50 В.

Как мы видим, J2120A идеален для интересующей нас цели. Измерительная система измеряет уровни переменной составляющей входного и выходного напряжения, а затем на каждой частоте в диапазоне развертки вычисляет коэффициент подавления, сам PSRR выражается в дБ как:

Некоторые инженеры утверждают, что в этой формуле необходимо поменять местами числитель и знаменатель. Но тогда получится формула усиления (А), а не ослаб-ления. Ослабление является величиной, обратной коэффициенту усиления.

Встроенный в осциллограф генератор вместе с опцией измерения характеристик источников питания, имеющейся в осциллографах InfiniiVision Х‑серии компании Keysight, впервые позволил проводить измерение частотной характеристики PSRR непосредственно осциллографом. Измерения частотной характеристики PSRR, как правило, требуют использования дорогостоящего анализатора, осн ащенного портом смещения по постоянному напряжению, такого как анализаторы электрических схем ENA от Keysight.

Опция DSOX3PWR/DSOX4PWR/DSOX6PWR использует встроенный, снабженный разъемом BNC выход WinGen осциллографов InfiniiVision, который в режиме качающейся частоты генерирует частоты в заданной полосе, предоставляя разработчику одно общее решение и значительно уменьшая стоимость таких исследований.

 

Порядок выполнения измерения PSRR

Для выполнения измерения частотной зависимости PSRR с помощью осциллографа InfiniiVision X‑Series с опцией измерения параметров источников питания, сначала выберите измерение PSRR из списка возможных (рис. 2), а затем обратитесь к меню «Настройка и применение» (рис. 5). Начнем измерение с использованием модуляции входного напряжения постоянного тока в полосе частот 100 Гц – 20 МГц с числом отсчетов на декаду 20 и двойной амплитудой переменой составляющей 130 мВ (рис. 5). Затем, чтобы начать проверку, нажмем Apply («Применить»).

Установки параметров для измерения PSSR

Рис. 5. Установки параметров для измерения PSSR

На рис. 6 показан график подавления частот, полученный в результате измерения. Здесь мы видим неравномерность, присутствующую на низких частотах и свидетельствующую о том, что фактическое отношение сигнал/шум (SNR), оказавшееся на некоторых частотах слишком низким, повлияло на точность наших измерений. Один из способов улучшения SNR — простое увеличение амплитуды во всем диапазоне частот. Однако такое увеличение амплитуды помехи иногда приводит к искажениям результатов уже в других областях частотного спектра.

Исходные результаты измерения PSRR с использованием на всех частотах фиксированного значения двойной амплитуды

Рис. 6. Исходные результаты измерения PSRR с использованием на всех частотах фиксированного значения двойной амплитуды

Лучшее решение, позволяющее сократить влияние SNR на результаты измерений, — специальная настройка амплитуд испытательного напряжения благодаря возможности задать амплитудный профиль рассматриваемых средств измерения (рис. 7). С профилированием амплитуды можно проводить испытания при более низких амплитудах на частотах, где тестируемое устройство чувствительно к уровню помех, и при более высоких амплитудах, где устройство менее чувствительно к вносимым искажениям.

Использование профилирования амплитуды для оптимизации влияния на измерения отношения сигнал/шум при измерении PSRR

Рис. 7. Использование профилирования амплитуды для оптимизации влияния на измерения отношения сигнал/шум при измерении PSRR

На рис. 8 показано измерение PSRR, основанное на использовании настраиваемой амплитуды. Обратите внимание, что теперь неравномерность из-за недостаточного отношения сигнал/шум сведена к минимуму. Теперь с помощью курсоров можно измерить максимальное подавление в 96,1 дБ на частоте 34,15 кГц и минимальное подавление в 43,51 дБ на частоте 20 МГц (конечная испытательная частота).

График PSRR с использованием профилирования амплитуды

Рис. 8. График PSRR с использованием профилирования амплитуды

Но как определить оптимальные амплитуды? Одно из преимуществ осциллографов Keysight заключается в том, что во время тестирования есть возможность наблюдать искажение во временной области. Если синусоидальный сигнал на выходе начинает дрожать, иметь ограничения или его форма выглядит треугольной, а не синусоидальной, то, вероятно, из-за перегрузки устройства возникают искажения. Оптимизация тестовых амплитуд, способствующая достижению наилучших измерений динамического диапазона, часто становится итерационным процессом и требует многократных измерений частотной характеристики. Но при оценке отклика в частотной области на основе осциллограммы от осциллографов Keysight понадобится значительно меньше итераций.

Обратите внимание, что можно проводить измерение PSRR и на одной частоте. Это позволяет протестировать одну частоту, а затем выполнить ручную настройку амплитуды и частоты в меню настройки WaveGen-области, визуально отслеживая повторяющиеся формы во временной области на дисплее осциллографа. Более подробно процесс измерения PSRR изложен в [7].

 

Отклик контура управления (диаграмма Боде)

Если смотреть в общем, то источник питания на самом деле является усилителем с контуром управления в виде отрицательной обратной связи (рис. 9). Это означает, что, хотя вы можете думать об источнике питания как об усилителе постоянного тока, он фактически усиливает и переменный ток. Это необходимо для того, чтобы реагировать на изменения условий функционирования, например на изменение его нагрузки. Здесь наиболее критичным становится сброс/наброс нагрузки, то есть нагрузка существенно меняется скачком в ту или иную сторону.

Цепь обратной связи с замкнутым контуром

Рис. 9. Цепь обратной связи с замкнутым контуром

Для начала нужно вкратце разобраться, в чем суть проблемы и где скрывается корень зла. Если углубиться в теорию, проблема одна, а причин ее появления две. Во‑первых, как можно видеть из [1], это перенос цепи регулирующей обратной связи за выходной LC-фильтр с целью поддержания стабильного напряжения после фильтрации. Во‑вторых, это природа топологий, в которых выходной дроссель работает с непрерывным током через диод (например, в повышающих, повышающе/понижающих, обратноходовых и прямоходовых преобразователях), время проводимости диода добавляет задержку в цепи обратной связи. Это связано с тем, что когда нагрузка резко возрастает, то для передачи большей энергии в катушку индуктивности рабочий цикл должен быть временно увеличен. Тем не менее рабочий цикл большой длительности приводит к сокращению времени проводящего состояния диода, так что средний ток через диод в период выключения фактически уменьшается. По мере того как через диод протекает выходной ток, он также уменьшается. Это условие сохраняется до тех пор, пока средний ток дросселя медленно увеличивается и ток диода достигает заданного значения. Это явление, когда ток через диод должен сначала уменьшиться, прежде чем начать увеличиваться, известно как нестабильность правой полуплоскости (Right Half Plane instability, или RHP instability), потому что выходной ток временно находится в противофазе с рабочим циклом, создавая плавающий ноль. RHP-нестабильность практически невозможно компенсировать, поскольку ноль изменяется еще и с током нагрузки.

Решение состоит в том, чтобы выбрать параметры петли обратной связи с частотой среза существенно ниже самой низкой частоты появления RHP нулей (это имеет определенный недостаток, поскольку приводит к ухудшению времени реакции DC/DC-преобразователя на ступенчатое изменение нагрузки). Полное описание данной проблемы не входит в тему настоящей статьи, поскольку эта тема сама по себе достаточно сложна и требует отдельного описания, более детально с ней можно ознакомиться в [5]. И если первый ноль в правой полуплоскости, как показано в [1], можно смоделировать и подавить, то со второй проблемой нужно изрядно повозиться. И вот здесь уже никак не обойтись без экспериментальных исследований.

Стабильность поведения контура обратной связи можно выяснить опытным путем с использованием прибора для построения диаграммы Боде (логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика), которая дает представление частотного отклика линейной стационарной системы в логарифмическом масштабе.

Выполнение проверки реакции в виде ответа контура регулирования выходного напряжения требует, чтобы вы имели возможность вводить в канал обратной связи контура управления сигнал ошибки в определенном диапазоне частот. На схеме (рис. 10) цепочка в виде резистивного делителя R1 и R2 является цепью обратной связи. Чтобы ввести сигнал ошибки, в контур обратной связи должен быть добавлен резистор с небольшим номиналом, не оказывающим заметного влияния на цепь обратной связи. Резистор Rinj номиналом 5 Ом, показанный на этой схеме, незначителен по сравнению с последовательным импедансом R1 и R2 [11].

Проверка контура регулирования с использованием трансформатора тока Picotest J2101A

Рис. 10. Проверка контура регулирования с использованием трансформатора тока Picotest J2101A

С помощью низкоомного резистора (Rinj) в ходе работы над проектом для его отладки можно вводить те или иные воздействия и проверять ответную реакцию. Как правило, для этого в контур управления вводится синусоидальный сигнал. Необходимо отметить следующее: чтобы сигнал возмущения был изолирован и не вызывал смещения по постоянному току, в цепи ввода требуется соответствующий развязывающий трансформатор (Т1, рис. 10). Он может быть, например, такой же, как в предыдущем примере, а именно J2101A компании Picotest. Частота этого внешнего синусоидального сигнала линейно возрастает вплоть до уровня возмущения на выходе, равного по уровню возмущающему сигналу. Усиление в данном случае составляет единицу, и таким образом, частота возмущающего сигнала равна частоте перехода контура обратной связи. Разность фаз между возмущающим сигналом и выходным сигналом и является запасом по фазе. При дальнейшем увеличении частоты до тех пор, пока разность фаз не достигнет значения –180°, может быть найден запас по усилению.

Как известно, измерение оценки отклика или реакции на возмущающее воздействие обычно выполняется с помощью анализаторов низкочастотных цепей или дополнительных внешних генераторов. Но поскольку осциллографы InfiniiVision X‑Series снабжены встроенным функциональным генератором WaveGen/AWG, они также могут быть успешно использованы для выполнения интересующего нас измерения.

 

Порядок измерения отклика контура регулирования

На рис. 10 показана фотография вспомогательного оборудования, предназначенного для проведения тестирования контура управления на оценочной плате импульсного источника питания.

Для определения поведения контура регулирования посредством осциллографа InfiniiVision X‑Series с опцией измерения параметров источников питания сначала выберите нужный тип измерения из списка возможных (рис. 2), а затем — меню «Настройка и применение» (рис. 11). Начнем измерение с использованием модуляции входного напряжения постоянного тока в полосе частот 100 Гц – 20 МГц с числом отсчетов на декаду 10 и двойной амплитудой переменной составляющей 200 мВ с выходным сопротивлением 50 Ом. Поскольку наш изолирующий трансформатор 1:1 нагружен на 5 Ом, то фактическое дифференциальное испытательное напряжение на измерительном резисторе Rinj будет равно примерно 36 мВ (п‑п) или 13 мВ (с. к.з.).

Установки параметров теста ответа контура управления

Рис. 11. Установки параметров теста ответа контура управления

Обратите внимание, что большинство автономных анализаторов амплитудно-частотных характеристик (FRA) и/или векторных анализаторов (VNA) устанавливают испытательные сигналы или по их амплитудному значению, или в виде среднеквадратичных уровней напряжения на нагрузке 50 Ом или в единицах дБм. Если вы планируете сравнивать результаты тестов по нескольким приборам (осциллограф, FRA, VNA), убедитесь, что тестовые амплитуды одинаковы, даже если их устанавливаемые единицы могут быть разными: В (п‑п), В (с. к.з.), дБм.

Затем, чтобы начать проверку, нажмите Apply («Применить»). На рис. 12 зеленая трасса отображает график амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а оранжевая трасса — фазочастотной (ФЧХ) в заданной полосе частот 100 Гц – 20 МГц. Осциллограф в нижней части экрана также автоматически показывает измерения фазового запаса (PM) и запаса по коэффициенту усиления (GM).

АЧХ и ФЧХ контура управления с использованием на всех частотах фиксированной двойной амплитуды внешнего воздействия

Рис. 12. АЧХ и ФЧХ контура управления с использованием на всех частотах фиксированной двойной амплитуды внешнего воздействия

В этом тесте мы так же, как и в предыдущем примере, видим неравномерность в области низких частот. Это тоже следствие влияния SNR на некоторых тестовых частотах, и здесь простое увеличение амплитуды вводимого сигнала может исказить итоговый результат. Хуже того, увеличение амплитуды испытаний иногда вызывает искажение, которое также способно привести к неправильным измерениям частоты единичного усиления и переходу фазы в правую полуплоскость (о проблемах, связанных с этим явлением, мы уже кратко говорили выше). Так что и здесь можно воспользоваться профилированием амплитуды (рис. 13). Тут надо учитывать, что поведение обратной связи в стабилизаторах напряжения обычно наиболее неопределенно вблизи частоты с уровнем 0 дБ, что для данного примера составляет приблизительно 60 кГц.

Использование профилирования амплитуды для оптимизации отношения сигнал/шум при измерении поведения контура регулирования

Рис. 13. Использование профилирования амплитуды для оптимизации отношения сигнал/шум при измерении поведения контура регулирования

На рис. 14 показаны графики АЧХ и ФЧХ контура управления на основе использования индивидуальных тестовых амплитуд. Обратите внимание, что теперь неравномерности из-за недостаточного отношения сигнал/шум сведены к минимуму.

График коэффициента усиления и фазы с использованием профилирования амплитуды

Рис. 14. График коэффициента усиления и фазы с использованием профилирования амплитуды

Как и в предыдущем примере, необходимо задать вопрос: как мы можем определить оптимальные амплитуды? Некоторые инженеры рекомендуют начинать с относительно высокого уровня сигнала, а затем постепенно уменьшать его с помощью нескольких тестовых прогонов до тех пор, пока измеренный уровень сигнала на частоте перехода (0 дБ) не станет стабильным.

Для оценки поведения петли регулирования мы тоже используем преимущества решения Keysight, позволяющие контролировать искажения, что при измерениях потребует меньше итераций.

 

Выбор пробников и особенности проведения измерений в фазочастотной области

Для измерений коэффициента подавления нестабильности питания и реакции контура регулирования для снятия сигналов необходимо применять соответствующие методики средства сопряжения. Дело в том, что размах амплитуды интересующих нас сигналов в виде напряжения переменного тока на некоторых тестовых частотах как по входу, так и по выходу могут быть очень малыми и либо находиться на уровне шумов и помех, либо маскироваться рабочей частотой тестируемого преобразователя, если речь идет не о линейном, а об импульсном стабилизаторе напряжения или блоке питания. Увеличение отношения сигнал/шум (SNR) улучшит динамический диапазон измерений амплитудно-частотной характеристики. Несмотря на то, что большинство осциллографов имеют стандартные пассивные зонды 10:1, использование пассивных зондов 1:1 может снизить эффекты от помех с рабочей частотой преобразователя и тем самым улучшить SNR. Для рассмотренных нами измерений компания Keysight Technologies, Inc. рекомендует использовать пассивные зонды N2870A 1:1, имеющие следующие характеристики:

  • полоса пропускания: 35 МГц;
  • коэффициент деления: 1:1;
  • входная емкость: 39 пФ;
  • входное сопротивление: 1 МОм
    (при подключении к входу 1 МОм);
  • максимальное входное напряжение: 55 В, CAT II.

Варианты подключения зонда показаны на рис. 15. Обычное подключение (рис. 15а) здесь может быть далеко не оптимальным. Стандартный провод заземления зонда с зажимом типа «крокодил» удобен, но в этом случае длинный заземляющий провод, когда он находится рядом с источником импульсных сигналов, часто выступает в качестве антенны, искажая результаты измерения. Если поблизости от испытательных точек Vin и Vout есть точка заземления, можно удалить длинный провод заземления и узел захвата зонда и просто подключиться на корпус зонда (рис. 15б), заземленного относительно заземления на плате. Если поблизости нет такой выделенной точки, но на печатной плате есть близкая точка заземления, то короткая цепь подключения на «землю» часто может быть достигнута с помощью вспомогательного пружинного контакта (рис. 15в), который поставляется вместе с пассивным зондом. Другой вариант — создание специальных разъемов на плате (рис. 15г). Это обеспечит наилучшее малошумящее заземление, а также измерение без прямого контакта с выходом блока питания, который может иметь недостаточный электрический контакт.

Примеры подключения тестируемых устройств: а) обычное; б) на корпус зонда; в) с помощью вспомогательного пружинного контакта; г) путем создания специальных разъемов. Минимизация пути замыканий на «землю» обеспечит наилучшие измерения реакции контура управления отношением сигнал/шум и точное значение PSRR во всей заданной разработчиком частотной области

Рис. 15. Примеры подключения тестируемых устройств: а) обычное; б) на корпус зонда; в) с помощью вспомогательного пружинного контакта; г) путем создания специальных разъемов. Минимизация пути замыканий на «землю» обеспечит наилучшие измерения реакции контура управления отношением сигнал/шум и точное значение PSRR во всей заданной разработчиком частотной области

 

Заключение

Осциллографы — это первичные измерительные инструменты, используемые сегодня инженерами для тестирования и характеристики конструкций электропитания. Но большинство устройств требуют оценки не только сигналов, но и реакции на внешние возмущения, шумы и помехи. Для этого необходимо выполнять измерения в виде реакции на них контура управления. В этом отношении измерительные приборы Х‑серии InfiniiVision компании Keysight являются первыми осциллографами на рынке, способными автоматически измерять реакции контура управления. Параллельное тестирование, проведенное с помощью схемного анализатора компании Keysight, показывает, что измерения усиления и фазы с помощью осциллографа InfiniiVision X‑Series очень близки к данным, полученным на специализированном оборудовании.

Литература
  1. Рентюк  В. Влияние выбора компонентов, схемотехнического и конструктивного решений на вопросы ЭМС современных DC/DC-пре-образователей. Часть 1 // Компоненты итехнологии. 2018. № 2.
  2. Keysight Technologies InfiniiVision 3000T X‑Series Oscilloscopes. Data Sheet. Keysight Technologies, November 7, 2017. 
  3. Keysight Technologies InfiniiVision 4000 X‑Series Oscilloscopes. Data Sheet. Keysight Technologies, November 7, 2017. 
  4. Keysight Technologies InfiniiVision 6000 X‑Series Oscilloscopes. Data Sheet. Keysight Technologies, November 7, 2017. 
  5. Keysight DSOX3PWR/DSOX4PWR/DSOX6PWR Power Measurement Options For InfiniiVision 3000, 4000 and 6000 X‑Series Oscilloscopes. Data Sheet. Keysight Technologies, June 9, 2016. 
  6. Roberts  S. DC/DC book of knowledge: Practical tips for the User. Third Edition, 2017.
  7. Keysight Technologies Power Supply Rejection Ratio (PSRR) Measurements Using Keysight InfiniiVision X‑Series Oscilloscopes. Application Note. Keysight Technologies, December 1, 2017.
  8. LM2931 Series Low Dropout Regulators. SNOSBE5F May 2004 — Revised July 2012, Texas Instruments Incorporated. 
  9. J2120A Line Injector. 
  10. Keysight Technologies InfiniiVision Oscilloscope Probes and Accessories For 1000 X‑, 2000 X‑, 3000A/T X‑, 4000 X‑, 6000 X‑, 5000, 6000, and 7000 Series. Selection Guide. Keysight Technologies, November 8,2017. 
  11. Keysight Technologies Power Supply Control Loop Response (Bode Plot) Measurements Using Keysight InfiniiVision X‑Series Oscilloscopes. Application Note. Keysight Technologies, July 15, 2016.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *