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2020年02月24日 | 用示波器做环路分析需要几步?

2020-02-24 来源:elecfans

尽管环路分析是检测控制系统稳定性的重要手段,但是测试过程中有诸多细节需要注意,如何快速理解环路分析的意义?环路分析需要怎样设定参数?环路分析的结果该如何读取呢?


一、如何三句话讲清楚环路分析在做什么?

1、稳定可靠的系统必须是闭环系统(带反馈)。控制器根据系统的实际输出与理想输出的偏差来设计算法,使输出值逼近设定值;

2、系统稳定性需要依靠环路中的增益相位裕量来量化,这个指标可以通过扫频来测量;

3、环路分析就是在控制系统中注入频率变化的干扰信号,从而得出系统的频率响应曲线。

总得来说,通过环路分析就能知道当负载端变化时控制系统的表现是否稳定,就这么简单!

环路分析结果图片


二、环路分析的结果是什么?

示波器根据输出信号、输入信号的幅度、相位随频率变化的关系,可得到环路系统的伯德图(幅频特性、相频特性)。想要对产品的稳定性有所了解,靠品牌、经验、还有研发人员拍胸脯都是不够的,有了伯德图协助定量分析,一测便知。

环路分析数据报表


三、有了环路分析,电源性能会有哪些提升?

通过环路分析可以量化电源的频率响应特性,从而将电源朝着更稳定的方向优化。工程师再也不用通过盲目的反复尝试去积累经验,器件选型也不用过分考虑裕量,从而更好的控制电源成本。


四、环路分析的关键测试步骤及参数设定

1、寻找干扰信号注入点

在电压反馈型的开关电源电路中,测试信号注入点为反馈回路的取样点与输出电压点之间。要辨别采样点比较简单,只需观察反馈电压由输出电压的哪条支路分压得到即可。

注入电阻可选择10~100欧的电阻,这种电阻在反馈电路中影响不大,推荐在系统设计时就提前预留此电阻。

2、注入信号幅度调节

注入信号的幅度经验值可设为输出电压的5%。如果幅度不能过小,示波器可能无法识别;过大则可能使系统出现非线性导致测量失真。

3、扫描频率范围设定

环路系统的截止频率推荐设为开关频率的1/20~1/6,在这个范围内,一般可以找到环路的穿越频率点。此处留意环路系统穿越频率不能过低,否则环路无法响应高频的负载波动,从而引起输出电压的噪声。

五、环路分析测量系统的搭建

在ZDS4000环路分析开关电源的应用中,除了示波器之外,还需要信号发生器模块、高压隔离变压器配合。信号发生器模块用于注入信号的产生(普通信号发生器也可代替),高压隔离变压器用于隔离注入电路对环路电路工作的影响。


tip:由于注入信号幅度微弱,推荐选用1X衰减的探头测试。若使用10X,则信号衰减后很容易被噪声淹没。在接地时也尽量使用接地弹簧,而不是接地夹子。

六、环路分析样例数据解读

由于开关电源闭环系统的反馈较为简单,可以根据环路分析所得的波特图进行简约分析:

在闭环增益为0dB时,即穿越频率时,相位裕度一般需要大于45度;

在相位接近0度时,此时闭环增益应小于-20dB。

若符合上述条件,则此闭环为稳定系统。

如下图所示,屏幕右上角显示系统的相位裕度为135.5度,增益裕度为30db。

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对于冷热饮水机电路及家用电器电路,网友可能提出多种问题。以下是一些可能的问题及详细回答:

一、冷热饮水机电路相关问题

  1. 冷热饮水机的工作原理是什么?

    回答:冷热饮水机的工作原理主要分为加热和制冷两部分。加热部分通过电加热元件(如电炉丝)对水进行加热,当水温达到设定温度时,温控器自动切断电源,进入保温状态。制冷部分则通常利用半导体制冷技术,通过半导体制冷片对冷水进行降温,同时散热风扇帮助散热,以保持冷水的温度。

  2. 冷热饮水机为何会出现不加热的故障?

    回答:冷热饮水机不加热的故障可能由多种原因引起,包括但不限于:

    • 加热元件(如电炉丝)损坏或烧毁。
    • 温控器故障,导致无法正确感知水温或无法切断电源。
    • 电源线路问题,如插头松动、保险丝熔断等。
    • 加热控制电路故障,如继电器、微处理器等元件损坏。
  3. 冷热饮水机制冷效果不佳怎么办?

    回答:如果冷热饮水机制冷效果不佳,可以尝试以下解决方法:

    • 检查半导体制冷片和散热风扇是否工作正常,如有损坏需更换。
    • 清理饮水机内部的灰尘和杂物,确保空气流通顺畅。
    • 检查制冷控制电路是否有问题,如温控器、继电器等元件是否工作正常。
    • 如果以上方法均无效,可能是制冷剂泄漏或制冷系统其他部件故障,需请专业人员维修。
  4. 如何判断冷热饮水机的电路是否损坏?

    回答:判断冷热饮水机的电路是否损坏,可以通过以下步骤进行:

    • 检查电源插头和插座是否接触良好,电源是否正常。
    • 使用万用表等工具检查电路中的保险丝、继电器、微处理器等元件是否损坏。
    • 观察饮水机的指示灯和显示屏是否正常显示,以判断控制电路是否工作正常。
    • 如果以上检查均正常,但饮水机仍无法正常工作,可能是电路中存在隐性故障或需要更专业的检测手段。

二、家用电器电路相关问题

  1. 家用电器电路的常见故障有哪些?

    回答:家用电器电路的常见故障包括但不限于:

    • 电源故障,如插头松动、保险丝熔断等。
    • 控制电路故障,如遥控器失灵、控制面板按键无反应等。
    • 电机或压缩机故障,如电机不转、压缩机不制冷等。
    • 传感器故障,如温度传感器失灵导致温度控制不准确。
    • 电路板损坏,如电路板上的元件烧毁或短路。
  2. 如何预防家用电器电路故障?

    回答:预防家用电器电路故障可以从以下几个方面入手:

    • 定期清洁家用电器,避免灰尘和杂物积累导致散热不良或短路。
    • 使用合格的电源线和插座,避免使用劣质产品导致电路故障。
    • 注意家用电器的使用环境,避免潮湿、高温等恶劣环境对电路造成损害。
    • 不要超负荷使用家用电器,避免长时间连续工作导致电路过热或损坏。
    • 定期检查家用电器的电路和元件是否完好,如有问题及时维修或更换。
  3. 家用电器电路维修需要注意哪些事项?

    回答:家用电器电路维修需要注意以下事项:

    • 在维修前务必切断电源,避免触电危险。
    • 使用合适的工具和设备进行维修,避免损坏其他部件或造成更大的故障。
    • 在维修过程中要仔细检查电路和元件的损坏情况,避免遗漏或误判。
    • 对于不熟悉或复杂的电路故障,应请专业人员进行维修。
    • 维修完成后要进行测试,确保家用电器能够正常工作并符合安全要求。
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