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MODELL ODER SCHLÜSSELWORT
Regelkreismessungen helfen Ihnen dabei, zu charakterisieren, wie Ihr Netzteil auf Nachfrageänderungen reagiert. Das Netzteil muss schnell reagieren, darf jedoch kein übermäßiges Klingeln oder Schwingen verursachen. Indem Sie die tatsächliche Verstärkung und Phase Ihres Schaltkreises über einen Frequenzbereich hinweg messen, schaffen Sie mehr Vertrauen in die Stabilität Ihres Designs, als es beim bloßen Verlassen auf Simulationen möglich wäre. Mithilfe eines Oszilloskops, einer Signalquelle und einer Automatisierungssoftware können Messungen schnell durchgeführt und als vertraute Bode-Diagramme dargestellt werden. Auf diese Weise können Differenzen einfach bewertet und die Leistung von Schaltkreisen mit Modellen verglichen werden.

Oszilloskop-basierte Anordnung für Reaktionsmessungen

Bei Designs für die Stromversorgung sollten Messungen des Regelkreises von nahe DC bis zu einigen MHz durchgeführt werden. Während Vektornetzwerkanalysatoren häufig für die Reaktionsanalyse verwendet werden, sind die meisten VNAs für HF-Messungen mit Startfrequenzen um ein Megahertz ausgelegt. Im Gegensatz dazu können Oszilloskope bis zu DC messen und bieten eine nützliche Signalsichtbarkeit. Wenn während Ihrer Analyse Anomalien auftreten, können Sie schnell mit der Fehlerbehebung beginnen.

Mehrere Tektronix-Oszilloskope bieten integrierte Signalquellen, mit denen ein Signal über einen Trenntransformator in die Rückkopplung der Schleife eingespeist werden kann. Zwei Tastköpfe, die an einem niederwertigen Einspeisewiderstand angebracht sind, liefern alle Informationen, die von der Analysesoftware benötigt werden. Sie misst die Stimulus- und Reaktionsamplituden, um die Verstärkung zu berechnen, und sie misst die Phasenverzögerung zwischen Stimulus und Reaktion.

Das allgemeine System für das automatisierte Regelkreisverhalten besteht aus:

  • Oszilloskop mit entsprechender Bandbreite
  • Automatisierungssoftware für den Frequenzgang der Stromversorgung
  • Zwei Tastköpfe mit geringer Dämpfung und geringer Kapazität
  • Sinusgenerator
  • Transformator mit gleichmäßiger Ansprache zur Trennung des Sinusgenerators vom Prüfling

Tastkopfeigenschaften für Regelkreismessungen

Um ein Übersteuern des Regelkreises zu vermeiden, muss die Amplitude des Einspeisungssignals niedrig gehalten werden. Die Dämpfung des Tastkopfs sollte minimiert werden, um die beste Empfindlichkeit zu erzielen. Gleichzeitig sollte die Lasteinwirkung des Tastkopfs minimiert werden. Langlebige passive Tastköpfe mit geringer Dämpfung und geringer Kapazität, wie der TPP0502, eignen sich gut für diese Messungen mit 2-facher Dämpfung und 2 MΩ, 13 pF Last.

Messung der Stabilitätsgrenze mit Bode-Diagrammen

Rapide Bedarfsänderungen führen zu hohen Frequenzen in Stromversorgungsregelkreisen. Die Versorgung muss zwar schnell reagieren, aber zu viel Verstärkung führt zu Klingeln oder Schwingungen.

Instabilität tritt auf, wenn die Schleife eine positive Verstärkung (≥ 1) aufweist, wenn sich die Phasenverschiebung -180° nähert. Unter diesen Bedingungen erfährt die Schleife eine positive Rückkopplung und wird instabil. Bode-Diagramme zeigen Verstärkung und Phase auf derselben Frequenzskala und stellen somit dar, wie stark Sie sich dieser unerwünschten Situation genähert haben. Zwei Messungen aus einem Bode-Diagramm messen den Sicherheitsabstand im Regelkreis: den Phasenrand und die Amplitudenreserve.

Der Phasenabstand gibt an, wie weit das System in Bezug auf die Phasengrade von einer Instabilität (-180° und Verstärkung der Einheit) entfernt ist. Es stellt den Betrag der Phasenverschiebung dar, den die Schleife tolerieren kann, wenn sich die Verstärkung 0 dB nähert (Einheitsverstärkung).

Die Amplitudenreserve gibt an, wie weit das System in Bezug auf dB der Verstärkung von -180° und der Einheitsverstärkung entfernt ist. Dies ist der Betrag der Verstärkung, der hinzugefügt werden kann, bevor 0 dB erreicht werden, wenn die Phasenverschiebung = -180° beträgt.

Durch Beibehalten einer ausreichenden Amplitudenreserve und eines ausreichenden Phasenrands im Regelkreis wird sichergestellt, dass ein Netzteil nicht zu nahe an der Instabilität arbeitet.

System für Regelkreisanalyse

Um die Systemkonfiguration zu vereinfachen, bietet Tektronix ein Kit für die Regelkreisanalyse, das die wichtigsten, zur Messung der Stabilität Ihres Netzteildesigns erforderlichen Geräte und Software kombiniert. Das Kit besteht aus MSO-Oszilloskopen der Serien 5 und 6 und enthält passive Tastköpfe mit geringer Dämpfung sowie eine Software zur Automatisierung der Regelkreismessung.