على الرغم من إمكانية إجراء تحليل استجابة التردد باستخدام معدات مخصصة ، يمكن استخدام أحدث راسمات الذبذبات لقياس استجابة حلقة التحكم في مصدر الطاقة. باستخدام مرسمة الذبذبات ومصدر الإشارة وبرامج التشغيل الآلي ، يمكن إجراء القياسات بسرعة وتقديمها كمخططات مألوفة من Bode. هذا يجعل من السهل تقييم الهوامش ومقارنة أداء الدائرة بالنماذج. مخطط Bode يرسم استجابة تردد النظام من خلال رسمين بيانيين – مخطط الحجم ومخطط الطور (تحول الطور بالدرجات). من هذه المخططات يمكن تحديد هوامش الربح وهوامش الطور لقياس استقرار مصدر الطاقة.
مقدمة في تحليل الاستجابة الترددية
استجابة التردد لنظام ما هي وظيفة تعتمد على التردد تعبر عن كيفية نقل إشارة مرجعية (عادةً شكل موجة جيبية) لتردد معين عند إدخال النظام (الإثارة) عبر النظام.
تظهر حلقة تحكم معممة في الشكل 1 حيث يتم تطبيق موجة جيبية a
يتم اجتياح إشارة الإدخال الجيبية عبر نطاق من الترددات بسعة (اتساعات) متفاوتة لفهم سلوك النظام. يساعد هذا في تمثيل الكسب وتحول الطور للحلقة المأخوذة عبر نطاق من الترددات ويوفر معلومات قيمة حول سرعة حلقة التحكم واستقرار مصدر الطاقة. يمكن رسم رسم بياني للكسب والمرحلة مقابل التردد عن طريق القياس المتسلسل للكسب والمرحلة عند ترددات مختلفة. باستخدام مقاييس التردد اللوغاريتمية ، يمكن أن تغطي المخططات نطاقات تردد واسعة جدًا. غالبًا ما يطلق على هذه المؤامرات اسم Bode plots نظرًا لاستخدامها في أساليب تصميم نظام التحكم التي ابتكرها Hendrik Wade Bode. قال Bode نفسه ، في مقالته عام 1940 في مجلة Bell System Technical Journal ، “العلاقات بين التوهين والمرحلة في تصميم مضخم التغذية الراجعة”.
في تصميم مزود الطاقة ، تساعد قياسات حلقة التحكم في وصف كيفية استجابة مزود الطاقة للتغيرات في ظروف حمل الخرج ، وتغيرات جهد الدخل ، وتغيرات درجة الحرارة ، وما إلى ذلك. يتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق التحكم في التبديل السريع للمكونات (عادةً MOSFET) بين العرض والحمل. كلما طالت مدة تشغيل المفتاح مقارنة بوقت الإيقاف ، زادت الطاقة الموفرة للحمل.
يمكن أن يتأرجح مصدر طاقة أو منظم غير مستقر ، مما ينتج عنه تموج واضح كبير جدًا في عرض النطاق الترددي لحلقة التحكم. قد يتسبب هذا التذبذب أيضًا في حدوث مشكلات في التداخل الكهرومغناطيسي.
قياسات راسم الذبذبات باستخدام تحليل استجابة التردد الآلي
من خلال قياس الكسب الفعلي وطور الدائرة عبر نطاق من الترددات ، يمكننا اكتساب الثقة في استقرار التصميم – أكبر من الاعتماد على المحاكاة وحدها.
يتطلب إجراء قياس استجابة حلقة التحكم أن يقوم المستخدم بحقن محفز عبر نطاق من الترددات في مسار التغذية الراجعة لحلقة التحكم. باستخدام مرسمة الذبذبات ومصدر الإشارة وبرامج التشغيل الآلي ، يمكن إجراء القياسات بسرعة وتقديمها كمخططات مألوفة من Bode. هذا يجعل من السهل تقييم الهوامش ومقارنة أداء الدائرة بالنماذج.
يتم عرض إعداد الاختبار لقياسات استجابة حلقة التحكم في الشكل 2. وهو يشتمل على برنامج قياس ، ومولد وظيفة (مدمج في راسم الذبذبات) ، ومحول حقن / عزل ، ومقاوم حقن ، واثنين من مسبار سلبي منخفض التوهين.
يمكن تجهيز راسمات الذبذبات الحديثة ببرنامج قياس وتحليل الطاقة المتقدم. يتضمن هذا البرنامج التطبيقي العديد من قياسات استجابة التردد ، بما في ذلك:
- استجابة حلقة التحكم
- نسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR)
- معاوقة
لتحديد قياسات حلقة التحكم ، يؤدي برنامج التحليل الوظائف الهامة التالية:
- يتحكم في مولد الوظيفة
- يحسب ويؤامرات كسب (20 Log V.خارج/الخامسفي) على أساس مدخلي الجهد ، حيث V.في هو جهد التحفيز من مولد الوظيفة
- يحسب ويرسم تحول المرحلة بين V.في و V.خارج على أساس اثنين من مدخلات الجهد
- يحسب هامش الربح والمرحلة
يوفر مجسان ، يتم تطبيقهما عبر مقاوم حقن منخفض القيمة ، جميع المعلومات التي يحتاجها برنامج التحليل. يقيس اتساع التحفيز والاستجابة لحساب الكسب وتأخر المرحلة بين التحفيز والاستجابة.
لقياس استجابة نظام الطاقة ، يجب حقن إشارة معروفة في حلقة التغذية المرتدة. تقدم العديد من راسمات الذبذبات Tektronix مصادر إشارة مدمجة يمكن استخدامها لحقن إشارة في ردود فعل الحلقة من خلال محول عزل. في هذا المثال ، يولد مولد التعسفي / الوظيفة موجات جيبية عبر نطاق محدد من الترددات. يجب تكوين محول DC-DC أو LDO بمقاوم حقن صغير (5-10 Ω) في حلقة التغذية الراجعة لحقن إشارة اضطراب من مولد الوظيفة في الحلقة. يجب أن يظل اتساع إشارة الحقن منخفضًا لتجنب تجاوز دائرة التحكم.
يتم توصيل محول حقن ذو استجابة مسطحة عبر نطاق ترددي عريض عبر المقاوم للحقن ، مما يؤدي إلى عزل مصدر الإشارة المؤرض عن مصدر الطاقة. يعتمد اختيار محول الحقن على الترددات ذات الأهمية.
يوصى باستخدام مجسات سلبية ذات سعة منخفضة وتوهين منخفض مثل TPP0502 لقياسات الجهد. يتيح التوهين المنخفض للمسبار حساسية جيدة. يتيح التوهين 2X لـ TPP0502 القياسات بحساسية رأسية تبلغ 500 µV / div على 6 Series MSO و 1 mV / div على 4 أو 5 Series MSO. تعمل السعة المنخفضة البالغة 12.7 بيكو فاراد على تقليل تأثيرات تحميل المسبار.
يوضح الشكل 3 مخطط Bode (أعلى اليمين) مع نطاق مسح من 10 هرتز إلى 20 ميجا هرتز ونوافذ عرض الطيف (على اليسار). تم إجراء هذه القياسات على 5 Series MSO.
خاتمة
معظم مصادر الطاقة ومنظمات الجهد هي في الأساس مكبرات صوت ذات حلقة تغذية مرتدة مغلقة. تساعد قياسات حلقة التحكم على ضمان استجابة تصميم مزود الطاقة للتغيرات في ظروف حمل الخرج بدون رنين أو تذبذب مفرط.
باستخدام راسم الذبذبات ومصدر الإشارة والبرامج الآلية ، يمكن إجراء القياسات بسرعة وتقديمها كمخططات مألوفة من Bode مما يسهل تقييم الهوامش ومقارنة أداء الدائرة بالنماذج.
