使用MXO系列示波器解决控制环路设计中的异常事件

你的任务

功率转换器的设计和稳定性需要在所有工作模式下进行验证。通常，PWM控制器具有多种功能，这可能会增加复杂性，因此需要一个智能化的验证流程。示例包括线路前馈环路控制和软启动控制。在这个软启动控制是一种特定模式：当转换器启动时，正占空比首先逐渐增加，以平滑地提升输出电压。

在此时间范围内，占空比从非常低的数字变化到更高的值，直到输出电压达到稳定状态。一旦时序完成，标准控制反馈回路将输出电压调节到目标值。此外，当输入电压快速变化时，线路前馈回路可能会处于活动状态以优化输出电压调节。

两种控制机制共存，使得检测和定位意外或不稳定的操作变得困难。开关转换器设计中自然存在噪声，可能导致回路调节不当。可以通过触发电压变化来检测突然不稳定的回路，或者更好的方法是通过监控正占空比的宽度来检测，因为占空比用于调节市电供电以保持输出电压恒定。综合的触发能力对于检测如此复杂的控制系统中的任何不规则事件是必不可少的。

海洋仪器的解决方案

MXO系列示波器非常适合这项具有挑战性的任务，因为它基于数字触发技术。数字触发器提供0.0001/div的灵敏触发和高清模式下高达18位的分辨率。由于两个触发条件对于在软启动期结束后找到正占空比的变化至关重要，因此也可以定义综合的触发条件。图1显示了转换器启动时的触发条件。

触发条件A用于检测软启动斜坡的结束，并定义为窗口触发器，其中输出电压必须在定义的范围内。条件B的触发类型必须是宽度触发。

宽度触发器将检测到任何超出正占空比定义范围的值。由于线路前馈控制滤波器设计不当，这种情况很容易发生。然而，如果转换器处于稳态，则占空比不会有显著变化。如果正占空比因某些意外事件而偏离有效范围，条件B将触发，采集将停止。这有助于隔离这一特定事件，用户可以发现这一不规则控制事件的根本原因。

图1：综合的触发器定义可检测不规则事件

应用

采用全桥拓扑结构、同步整流的DC/DC开关转换器来展示综合的触发功能。隔离转换器以100 kHz的开关频率运行，并将48 V的输入电压转换为12 V的输出电压。输出电流最大为 8 A。本应用中使用的数字控制器使用户能够激活、停用和修改线路前馈控制。

仪器设置

要定义一个综合的触发器：

建立一个合适的通道，包括选择合适的探头

激活触发序列并定义适当的重置超时 (见图2)

将触发器A定义为窗口类型，包括上限和下限，以捕捉启动过程中软启动的结束 (见图3)

启用正占空比测量功能，并定义参考水平，例如电压的20%、50%和80%

将触发器B定义为宽度类型，并设置其宽度时间差 (见图4)

启用占空比测量功能，包括跟踪功能

图2：触发序列窗口

图3：触发事件A窗口

图4：触发事件B窗口

负载瞬态的测量

设置完成后，转换器首先启动，并执行软启动程序。一旦触发器检测到条件A的有效触发，仪器就会等待占空比测量的任何变化。假设软启动后负载保持恒定，仪器将不会在条件B下触发，因为占空比应保持恒定。

为了展示这个综合的触发序列，在转换器的控制器内部激活了线路前馈功能，但数字滤波器的设计不当。因此，仪器也在条件B时触发。记录的测量结果如图5所示，其中通道1测量输出电压，通道3测量输入电压。通道2显示控制器的内部信号，该信号反映了次级侧的输入电压。M2通道显示了经过低通滤波器滤波后的通道2信号。此外，PWM控制信号（通道4）和正占空比的轨迹波形显示在底部窗口中。

图5：变流器的启动和不规则的控制效果

在软启动序列结束后3毫秒，仪器在条件B下触发，因为占空比显示了一个正阶跃，随后是一个负下降。这种占空比的变化仅在线路前馈激活时存在。下一步将是优化采集长度，由于综合的触发序列，现在这是可能的。结果如图6所示。

图6：触发条件B下的不规则事件图示

在这种情况下，随着准确性的提高，更多的细节变得可见，让用户更好地理解系统。现在，用户可以首先启动该过程，并可以非常高效地找到根本原因。

总结

MXO系列示波器是识别电源转换器控制环路中不规则事件的理想选择。其数字触发技术使用户能够定义复杂的触发事件，从而有效地隔离根本原因。此外，大内存允许用户添加其他功能，例如占空比跟踪，其中需要在较长的采集时间内保持较高的采样率。该仪器的功能非常适合验证和帮助电源转换器设计的优化。

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