電源提示：連接線如何影響波特圖測(cè)量

波特圖測(cè)量對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化至關(guān)重要。這篇文章描述了連接線如何影響波特圖測(cè)量以及提高測(cè)量精度的方法。

圖 1顯示了一個(gè)典型的波特圖測(cè)量設(shè)置，其中控制回路斷開并插入了一個(gè)小電阻。頻率分析儀有一個(gè)在這個(gè)小電阻上注入交流干擾 ? ds的源。此設(shè)置通常還包括一個(gè)隔離適配器。

圖1 ：典型的波特圖測(cè)量設(shè)置

AC 波動(dòng)發(fā)生在跨越斷點(diǎn)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn) A 和 B。頻率分析儀有兩個(gè)接收器來測(cè)量節(jié)點(diǎn) A 和 B 處的信號(hào) ? A和 ? B。您可以使用公式 1 計(jì)算系統(tǒng)環(huán)路增益 T V：

(1)

等式 2 和 3 分別計(jì)算節(jié)點(diǎn) A 和 B 處的電壓：

(2)

(3)

連接線如何以及為何影響波特圖測(cè)量

在實(shí)際設(shè)置中，您必須將連接線焊接到小電阻的兩端，并將干擾注入和信號(hào)測(cè)量電纜連接到導(dǎo)線的另一端。圖 2 顯示了更準(zhǔn)確的實(shí)際測(cè)試設(shè)置框圖。

圖2 ：使用一對(duì)連接線的波特圖設(shè)置

信號(hào)接收器 A 和 B 不僅測(cè)量 ? A和 ? B，還測(cè)量導(dǎo)線上的電壓降 ? drop。等式 4 和 5 計(jì)算測(cè)量信號(hào) ?' A和 ?' B：

(4)

(5)

其中 Xds 是斷點(diǎn)之間的阻抗，X L是共享線的阻抗。Xds 通常由插入在 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)之間的電阻控制。

因此，測(cè)得的環(huán)路增益 T V_measure受導(dǎo)線 X L的阻抗影響，如公式 6 所示：

(6)

在低頻時(shí)，當(dāng) |T V | >> |Xds/X L |，公式 7 可以近似 |T V_measure |：

(7)

在高頻下，當(dāng) |T V | << 1，公式 8 可以近似 |T V_measure |：

(8)

當(dāng) |X L | 與 |X ds | 相當(dāng)，T V_measure與 T V有很大不同。由于設(shè)計(jì)人員依靠波特圖來優(yōu)化穩(wěn)定性和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，因此這種測(cè)量誤差會(huì)極大地影響系統(tǒng)的最終性能。

圖 3 顯示 |X L | （不同長(zhǎng)度和規(guī)格的電線的阻抗），兩根電線的距離為 1 英寸。

圖3 ：不同長(zhǎng)度和規(guī)格的導(dǎo)線阻抗

推薦解決方案

為了最大程度地減少測(cè)量誤差，最佳做法是添加一對(duì)單獨(dú)的導(dǎo)線僅用于測(cè)量，如圖 4 所示。這種方法將導(dǎo)線兩端的電壓降排除在測(cè)量之外。

圖4 ：推薦的頻率分析儀接線

為了驗(yàn)證這個(gè)概念，我首先將使用兩對(duì)連接線測(cè)量的波特圖（如圖 4 所示）與一對(duì)短連接線進(jìn)行了比較。圖 5 顯示了比較。兩個(gè)波特圖具有相同的交叉頻率，并且都有超過 10dB 的增益裕度。

圖 5：圖 4 所示設(shè)置和短連接線設(shè)置的波特圖

圖 6 顯示了被測(cè)轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)。該響應(yīng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。

圖6 ：被測(cè)轉(zhuǎn)換器的瞬態(tài)響應(yīng)（負(fù)載階躍為 5A，紫色 - V OUT；粉紅色 - 負(fù)載階躍）

圖 7 比較了用一對(duì) 6 英寸長(zhǎng)的美國(guó)線規(guī) (AWG) 30 線和兩對(duì)同樣 6 英寸長(zhǎng)的 AWG 30 線測(cè)量的波特圖。使用一對(duì)連接線測(cè)量的波特圖（也如圖 2 所示）具有小于 8dB 的增益裕度。在這個(gè)例子中，工程師對(duì)穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，需要超過 10dB 的增益裕度?；阱e(cuò)誤的測(cè)量，工程師可能不得不犧牲控制帶寬和瞬態(tài)響應(yīng)來彌補(bǔ)增益裕度。這不是一個(gè)理想的情況。

圖7 ：波特圖測(cè)量與圖 2 和圖 4 所示設(shè)置的比較

隔離工具箱限制

某些頻率分析儀可能帶有一個(gè)隔離工具箱，可將接收器 A 和 B 預(yù)連接到隔離器的輸出，如圖 8 所示。該工具箱旨在減少連接線數(shù)。但是，這樣做會(huì)迫使兩個(gè)接收器包含連接線上的電壓降。圖 3 顯示了一根 3 英尺 AWG 16 線的阻抗。在 1 MHz 附近，阻抗迅速增加到 10Ω 以上。

圖8 ：工具箱連接示例

圖 9 比較了使用工具箱測(cè)量的波特圖和使用兩對(duì)電線測(cè)量的兩條 3 英尺 AWG 16 電纜。使用工具箱測(cè)量的波特圖的增益裕度小于 6dB，這錯(cuò)誤地表明了邊際穩(wěn)定性。

圖9 ：使用工具箱測(cè)量的波特圖與圖 4 所示設(shè)置的比較

隔離工具箱是一個(gè)方便的工具。但是，高頻連接線的阻抗對(duì)波特圖測(cè)量的影響太大。這種誤導(dǎo)性的波特圖會(huì)阻礙改善瞬態(tài)響應(yīng)的過程。使用工具箱時(shí)，應(yīng)始終使用最短長(zhǎng)度的電纜。對(duì)于具有高控制帶寬的系統(tǒng)，我不推薦使用工具箱。

在這篇文章中，我展示了連接線如何以及為什么會(huì)影響波特圖測(cè)量。最好的方法是在斷點(diǎn)處添加一對(duì)單獨(dú)的連接線，僅用于測(cè)量。在添加一對(duì)單獨(dú)的連接線不可行的應(yīng)用中，使連接線盡可能短。