使用軟件解決測量系統(tǒng)頻率響應(yīng)的挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)電源與其說是科學(xué)，不如說是一門藝術(shù)。瞬態(tài)和現(xiàn)實(shí)世界的交互過于華麗，無法用任何單一的電源系統(tǒng)模型來捕捉。通常，這些模型構(gòu)建了某種傳遞函數(shù)，該傳遞函數(shù)與工廠或在數(shù)字電源設(shè)計(jì)中的功率級盡可能接近。為了測量實(shí)際系統(tǒng)的行為與模型的接近程度以及為控制該模型而創(chuàng)建的控制回路，電源設(shè)計(jì)人員必須測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。然后將該數(shù)據(jù)繪制在波特圖上并進(jìn)行分析，以確定電源控制器設(shè)計(jì)的增益和相位裕度。在很多情況下，由于模型與實(shí)際工廠的不一致，在電源設(shè)計(jì)過程中會多次重復(fù)此過程。

通常，功率轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)測量是在外部頻率響應(yīng)分析儀的幫助下完成的。這需要對電路板進(jìn)行外部連接和修改，包括斷開控制回路路徑以執(zhí)行分析。

這種方法給電源設(shè)計(jì)人員帶來了幾個問題：

1) 插入電阻會改變系統(tǒng)的特性。您不再測量純控制回路的響應(yīng)，因?yàn)槟茐牧丝刂苹芈仿窂讲⒉迦肓四莻€小電阻。

2) 進(jìn)行這些測量的過程非常繁瑣且耗時。

3) 在大多數(shù)工程實(shí)驗(yàn)室中，可用的網(wǎng)絡(luò)分析儀很少，而且很少會隨處可見。爭取時間使用這臺設(shè)備本身就是一項(xiàng)全職工作。

那么，還有哪些其他方法可以測量數(shù)控電源系統(tǒng)的頻率響應(yīng)呢?為什么，我很高興你問。一種替代方法是使用基于軟件的算法將頻率注入控制環(huán)路，并使用片上模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 測量系統(tǒng)的響應(yīng)，ADC 已連接在控制環(huán)路中并測量輸出的功率級。該過程提供了設(shè)備頻率響應(yīng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)?；谲浖念l率響應(yīng)分析消除了上述所有障礙：

1) 控制回路保持原樣不變

2) 該過程在已經(jīng)以庫形式嵌入設(shè)備的軟件中實(shí)現(xiàn)自動化

3) 無需外部測量設(shè)備。

下圖描述了實(shí)施基于軟件的頻率響應(yīng)算法的過程，正如德州儀器使用其最新的軟件頻率響應(yīng)分析儀 (SFRA)庫所做的那樣。

TI 的SFRA庫旨在僅使用軟件對基于 C2000? 微控制器的數(shù)控電源轉(zhuǎn)換器進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，而無需外部頻率響應(yīng)分析儀。優(yōu)化的庫可用于高頻電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，以識別設(shè)備和閉環(huán)電源的開環(huán)特性。

SFRA庫目前只能用在C28x內(nèi)核的中斷，不適用于CLA中，所以在導(dǎo)入數(shù)字電源工程模板時，如果是用CLA做的控制器算法，從CLA的程序空間無法調(diào)用SFRA庫函數(shù)，也就不可能用SFRA做穩(wěn)定性分析了。這是SFRA目前的一大局限。

首先導(dǎo)入一個全新的工程模板。然后就需要對這個新工程文件做一些修改。因?yàn)樵谑褂肧FRA庫函數(shù)時，需要定義一些數(shù)組，要占用不小的數(shù)據(jù)空間，這些數(shù)組占用的數(shù)據(jù)空間正好與CLA占用的數(shù)據(jù)空間產(chǎn)生沖突，所以要把工程中的所有CLA占用的程序空間和數(shù)據(jù)空間釋放掉并修改CMD鏈接文件，以容納SFRA庫的數(shù)據(jù)。

接下來，就按照說明中的步驟，配置Boost電路的參數(shù)，并完成電壓閉環(huán)，這里不再重復(fù)。當(dāng)完成上面的步驟后，可以將代碼寫入flash中并運(yùn)行，準(zhǔn)確無誤后，SFRA的前期準(zhǔn)備工作算完成了。接下來就開始SFRA代碼的植入，因?yàn)镾FRA庫函數(shù)是用C語言寫的，要在ISR中調(diào)用，但是工程模板的C28x中斷是用匯編代碼寫的，因此，就需要重新用C寫一個中斷服務(wù)函數(shù)ISR，這樣才能調(diào)用SFRA的庫函數(shù)。