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这个博客系列源于SIJ编辑顾问委员会(EAB)成员Steve Sandler的一个想法,它对任何想要记录(吹嘘或抱怨)极端测量挑战的工程师开放。如果你有一个极端的测量,想要向SIJ EAB寻求帮助,你可以在这里提问。但首先,看看下面的帖子,看看其他人在做什么!

电源完整性

没有进入控制回路的波德图

2021年11月23日

这种极端的测量似乎是不可能的,而不是困难的。传统的稳压器稳定性评估方法是波德图法。访问控制回路是必需的,一个小信号被注入到控制回路,通常通过一个电阻,放置在电压感测分压器的顶部,为此目的如图1所示。

f1

图1稳压器波德图测量信号注入位置。这里显示的示例用于表明大多数现代电压调节器包括多个控制回路,在最好的情况下,只有一个是可访问的。

没有访问这个分压器,没有一个地方注入信号到控制回路,因此波德图似乎是不可能的。

一种选择是使用另一种评估方法,如非侵入性稳定性测量(NISM),如图2所示。该替代方案提供的有效相位裕度为64.39度。虽然这个解决方案确实提供了相位裕度,但要求的不是相位裕度,而是Bode图,这需要更多的工作。

f2

图2可采用NISM等替代方法评估稳定性;然而,结果并不是博德所要求的情节。

回到小信号理论,开环、闭环和环路增益矢量T之间的关系表示为

e1

求解环路增益向量T

e2

输出阻抗图如图2所示,表示开环(断电)和闭环(通电)阻抗。

有了ON和OFF状态图,我们就可以根据这些数据计算出Bode图,如图3所示。

f3

图3从OFF和ON阻抗测量得到的波德图,表示开环和闭环函数。

图3中的结果与图2中的结果非常一致,但是现在数据按照要求以Bode图的形式提供。

使用这种方法的一些提示。测量阻抗尽可能接近感测点,这通常是内部的电压调节器,所以在引脚。此外,陶瓷电容器具有明显的直流偏置效应,因此,如果电容器是陶瓷的,则应使用外部偏置源在工作电压下测量OFF状态。

通常情况下,这一成就会导致一个更困难的请求。在这种情况下,要求是在典型的交流适配器中获得开关稳压器的波德图,但不需要从外壳中取出PCB,并且在外壳外可以使用短电缆进行测量。提醒一下,测量需要在靠近电压感测分压器的地方进行,分压器位于外壳内部,因此无法进行测量。

虽然测量不能在外壳内进行,但在电缆的另一端,我们可以使用另一种方法获得相同的结果。

使用电缆末端的TDR,测量电缆并将其反射为串联电阻和电感(图4)。直接用数学方法减去该电阻和电感,或在模拟器中使用去嵌入块,电缆末端的ON和OFF测量值被重新引用到外壳内的输出电容。

f4

图4使用TDR创建电缆的简单模型,用数学方法减去电缆或使用模拟器去嵌入块模拟电缆,将测量移动到内部输出电容器。

应用与图3相同的小信号变换,可以得到波德图,如图5所示。

f5

在数学上从电缆末端进行的ON和OFF测量中去除电缆后,测量结果重新引用内部输出电容器。小信号变换用于将ON和OFF阻抗测量值转换为环路增益矢量T,绘制为dB幅度和相位,即波德图。

这个例子最初出现在DesignCon 2021

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