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新聞資訊

    繼續往下拆,只要拆完背板就能看到電腦PC的內存條了。看起來這里側面還有兩顆螺絲,可以看到數字邏輯通道是被固定在鐵板上的,和PC這一邊是分開的。

    可以看到這一個就是內存條的卡槽了,這里還預留了IDE的機械3.5寸機械硬盤的插孔,要是能預留一個插接口就更好了。筆記本ID硬盤的線就從這里從背面穿入,從這里引過來的。這里是USB口,這是電腦的一整個PC,這一個就是PC的內存條了。

    內存條就拆出來了,內存條不知道是什么品牌的,是日本制造的條子。可以看到內存條上有預留ECC校驗位,它是沒裝的狀態,就是普通的家用內存,333兆赫茲的頻率,單面的。這次直接雙面1G裝上去看一下。未完待續。

    先開關電源的環路補償基礎知識內容涉及廣,需要的數理知識比較龐雜。


    1、反饋控制系統

    開關電源是一種典型的反饋控制系統,其有響應速度和穩定性兩個重要的指標。響應速度就是當負載變化或者輸入電壓變化時,電源能迅速做出調整的速度。因為開關電源的負載多數情況下都是數字IC,其電流會隨著邏輯功能的變化而變化,比如FPGA在進行配置時,電流會增大一倍以上。而開關電源的輸入電壓也會有一定程度的波動。為了保證電源穩定輸出,不產生跌落或者過沖,就要求電源必須迅速做出調整,使得最終輸出的電壓沒有變化。而電源的響應速度就決定了電源的調整速度。


    由于電源加入了反饋系統,就可能發生震蕩。如果電源系統的參數沒有設置好,就會產生震蕩,結果就是電壓上會被疊加一個固定頻率的波動。導致電源不穩定。


    開關電源如下圖所示:



    從開關電源的框圖中可以看出,該系統是通過一個反饋電路,將最終輸出的變化反饋給比例電路,經過比例電路的等比例衰減,輸入到誤差放大器中。而后誤差放大器通過比較該信號和內部參考信號的差異,來驅動后級脈寬調制器等一系列的輸出環節,最終與干擾信號相互抵消,從而保證電源的穩定。


    2、波特圖

    幅度曲線的頻率響應是電壓增益改變與頻率改變的關系,這種關系可以用波特圖上一條以分貝(dB)來表示的電壓增益比頻率(Hz)曲線來描述.波特幅度圖被繪成一種半對數曲線:x軸為采用對數刻度的頻率(Hz),y軸則為采用線性刻度的電壓增益(dB),波特圖的另一半則是相位曲線(相移比頻率),并被描述成以”度”來表示的相移比頻率關系.波特相位曲線亦被繪成一種半對數曲線:x軸為采用對數刻度的頻率(Hz),y軸為采用線性刻度的相移(度)。


    很多同學容易把波特圖看不明白,是因為用一個坐標系,把增益和相位畫到一張圖上,導致的認知錯亂。如下圖,注意左邊縱坐標是增益,單位是dB;右邊的縱坐標是相位,單位是°。橫坐標是頻率,是兩個變量曲線共用的。

    開關電源環路的頻響特性,如果電源的負載特性在某一頻率下增益等于1(0dB)且相移量為180°時,那么電源控制環路將因出現同相正反饋(此相移量加原設定180°相移,總相移量為360°),因而有足夠能量返回系統,并在此頻率下維持振蕩。為避免電源系統出現類似破壞性的不穩定現象,通常情況下,環路控制電路都會采用反饋補償組件來降低高頻端的增益,使得開關電源在預設頻率范圍內都保持穩定。

    3、傳遞函數

    傳遞函數transfer function 零初始條件下線性系統響應(即輸出)量的拉普拉斯變換(或z變換)與激勵(即輸入)量的拉普拉斯變換之比。記作G(s)=Y(s)/U(s),其中Y(s)、U(s)分別為輸出量和輸入量的拉普拉斯變換。傳遞函數是描述線性系統動態特性的基本數學工具之一,經典控制理論的主要研究方法——頻率響應法和根軌跡法——都是建立在傳遞函數的基礎之上。

    關于零點和極點

    4、反饋系統的穩定性

    穩壓電源本質上是一個能輸出非常大電流的反饋放大器,所以適用于反饋放大器的理論同樣適用于穩壓電源(以下簡稱電源)。根據反饋理論,一個反饋系統的穩定性可以通過其系統傳遞函數得出。工程實踐上通常會使用環路增益的波特圖來判斷系統的穩定性。下圖是一個典型的反饋系統。系統的閉環傳遞函數 A 是輸入 x 和輸出 y 的數學關系表達式。環路增益T 則是信號經過環路一周所得到的增益。

    在實際的系統中,因為前向增益 α 和反饋系數 β 都是復數,所以閉環傳遞函數 A 和環路增益T 也是復數,也就是既有模值也有相角。當環路增益 T 的模值為 1 相角為-180°的時候,閉環傳遞函數的分母為 0,其結果變為無窮大。這意味著一個系統在沒有輸入的情況下會維持一個輸出,系統是一個振蕩器,這與穩定系統有界的輸入產生有界的響應相矛盾,也就是說此時系統是不穩定的。


    我們可以畫出系統環路增益的波特圖來評估系統的穩定性,表達系統穩定性常用的增益裕度和相位裕度指標一般就是從這里得出的。相位裕度指的是在增益降為 1(或者 0 dB)的時候,相位距離-180°還有多少;增益裕度則是相位到達-180°的時候,增益比 1(或者 0 dB)少了多少。

    那應該如何測量出電源的響應速度和穩定性呢,在早期的調試中,大家會使用一個可變的電子負載來進行測試,但是由于現在的電子負載的變化頻率遠遠低于開關電源的開關頻率,該方法逐漸的不被大家所使用。目前比較常見的測試方式就是環路測試法。環路測試法就是向反饋回路中注入一個個單一頻率的正弦波序列信號,然后根據電源系統的輸出情況來判斷其對各個頻率干擾的調整能力。其環路響應的Gain越高,就說明電源對該頻段的抗干擾能力越強。

    一般可從以下三個原則判定電源環路穩定性:

    (1)、在室溫和標準輸入、正常負載條件下,閉環回路增益為0dB(無增益)的情況下,相位裕度應大于45 度;如果輸入電壓、負載、溫度變化范圍非常大, 相位裕度不應小于30度。

    (2)、同步檢查在相位接近于0deg時,閉環回路增益裕度應大于7dB,為了不接近不穩定點,一般認為增益裕度12dB以上是必要的。

    (3)、同時依據測試的波特圖對電源特性進行分析,穿越頻率按20dB/Dec閉合,頻帶寬度一般為開關頻率的1/20~1/6。



    5、斷開環路

    我們只需要簡單的把環路斷開就可以得到環路增益。

    圖中展示了如何在反饋系統中把環路3 / 8斷開,理論計算時你可以從任何地方把環路斷開,不過我們通常選擇在輸出和反饋之間把環路斷開。斷開環路后,我們在斷點處注入一個測試信號 i,i 經過環路一周后到達輸出得到信號 y,y 和 i 的數學關系式就是我們要求的環路增益。


    6、環路如何補償

    如何判斷,環路不穩定:

    a、動態響應振蕩(相位裕量不夠)

    b、開關占空比不穩定

    c、輸出電壓異常、紋波大等


    環路補償電路在整個環路中所處的位置:

    通過誤差放大器,一共可以實現三種類型的環路補償:

    TYPE1

    TYPE2

    TYPE3


    TYPE2傳遞函數

    TYPE3傳遞函數

    環路補償的設計步驟:

    a、根據IC廠家推薦,選定補償類型

    b、列出傳遞函數:


    c、計算出整個傳遞函數的極點及零點


    d、將零點設置到功率電路部分LC諧振頻率

    e、將整個環路的極點設置到開關頻率的諧波頻率(1/2fsw, 1/3fsw, 1/5fsw, 等),或者輸出電容的ESR引起的轉折頻率點。

    f、仿真、測試、調試

    還可以根據廠家推薦電路完成電路設計之后,根據測試情況進行調整,是比較偷懶省事的做法。

    g、測試高低溫的環路穩定性情況。


    7、環路測試,注入信號

    環路測試框圖如下所示:

    從上圖可以看出,環路測試實際上是將干擾信號通過反饋電路注入到誤差放大器中,而后查看誤差放大器加后級輸出環節的級聯響應。誤差放大器的響應實際上就是該誤差放大器的開環增益。所以環路的根本目的如下圖所示:



    隨著一個個頻率信號的掃描,最終將各個頻道的環路增益繪制在一張圖上,就會得到一幅很直觀的頻域特性圖。

    最終環路特性曲線如下圖所示:

    根據這張圖,我們就可以判斷電源設計是否穩定,是否有優化的空間。曲線的穩定性判定標準如下:

    穿越頻率:建議為開關頻率的5%到20%,過高則不穩定,過低則響應速度過慢。

    相位裕度:要求一定要大于45°,建議45°到80°。

    穿越斜率(0dB附近):要求為單極點穿越,一般是要求穿越斜率在-1左右,即-20db/每十倍頻。

    增益裕度:建議大于10dB。

    如果有環路分析儀,就直接按照說明書進行鏈接測試就可以了,只不過價格比較昂貴,國產儀器最低配置4W+。

    低溫條件下,典型輸入典型輸出,測開環Bode圖,按照上述評判標準進行判斷就可以了。


    干擾信號具體要如何注入到誤差放大器呢,誤差放大器的開環增益都非常大,都有60db左右。那么為了不使誤差放大器輸出飽和,輸入信號必須在-50dbm左右,大概2mv左右,這個信號幅度太小,產生過于困難,一般的電磁噪聲信號都要高過這個信號的幅度。顯然這樣直接注入是不可行的。為了能夠成功注入干擾信號,我們需要利用反饋來進行。

    注入點如何選擇

    選擇注入點,有一個比較簡單的方法,對于電壓源就是找設計電路時,用來計算電壓的那兩個電阻。設計電路時是按哪個電阻來調整輸出的,就加到哪個電阻上。對于電流源,也與電壓源大致相同,不過電流源中一般是沒有R1或者R2,只要將注入電阻放在反饋電電路之后就可以了。

    以下是幾種典型電路的注入點實例。

    非隔離電壓環路:


    隔離電壓環路:

    隔離電流環路:




    8、用示波器初步判斷


    問題是:我們中小企業往往沒有足夠的測試條件。在沒有測試波特圖的條件情況下,我們如何分析和判斷環路穩定性呢?

    若沒有環路分析儀,就通過輸出動態負載響應進行判斷,測試條件:規格書標定的最低溫度運行(如-25℃),額定輸入電壓,輸出不要額外掛電容,負載進行半載---滿載---半載切換(一般電流變化率可按照工業電源的標準0.1A/us的變化率設定),若此時輸出動態響應能做到這個樣子,基本就能判定環路很穩了:

    如果電源環路不穩定,會表現為:

    動態響應振蕩


    Phase點的jitter

    對于典型的PWM開關電源,如果phase點jitter太大,通常系統會不穩定(就是之前提到的相位裕量不足,在動態負載情況下,時域的表現),對于200~500K的PWM開關電源,典型的jitter值應該在1ns以下。

    本質為:開關占空比不穩定


    9、利用示波器測試波特圖(需要示波器具備改功能)

    測試環境如下:


    測試設備:

    示波器: Siglent SDS6104 H12 Pro

    信號源: Siglent SAG1021I

    電源: Siglent SPD3303X

    探頭: Siglent PP215 1X

    被測件: Picotest VRTS v1.51

    本次測試設備為鼎陽提供,感謝鼎陽市場部的朋友大力支持。

    本次測試電源Demo為杰華特提供,感謝杰華特的朋友支持。


    測試 VRTS v1.51 上的電源環路響應時,我們在電路中加入注入點。接線的方法如圖所示。

    信號源 SAG1021I 通過 USB 接到示波器上,輸出端夾子與注入電阻并聯,這樣信號注入到環路的同時,環路的直流工作點也不會被信號源和被測件的接地問題所影響。注入電阻兩端分別接兩個通道的探頭,接到示波器上。


    這一小節主要介紹了完成本次測量所需的關鍵設置,關于 Bode Plot 完整的使用說明,請參考相關的用戶指南和快速指南。

    在進入 Bode Plot 軟件之前,建議先把要用到的通道設置為 20 MHz 帶寬限制。本次測量的頻率范圍是 10 Hz 到 100 kHz,這于一個預期的穿越頻率在 10 kHz 左右的電路來說足夠了。

    在 Bode Plot 的主菜單按配置信息進入配置菜單,編輯配置信息。進行通道設置,將 DUT 輸入和 DUT 輸出設置到相應的通道上,設置好 DUT 輸入為 C1,DUT 輸出為 C2。測試與 SAG1021I的連接是否成功。將掃描類型設置為可變幅度,設置掃描參數。將頻率模式設置為對數,在配置文件編輯里面建立 5 個結點,分別是 10Hz,100Hz,1KHz,10KHz,100KHz,對應的幅

    度分別為 1.9V,1.9V,80mV,80mV,1V,如下圖所示,將點數/十倍頻設置為 40。

    波器作為電子行業最常用的測量儀器之一,牽涉大量的圖片導入導出,數據處理,自動化操作等等。目前硬件示波器的功能已經很成熟很完善,研究如何把現有的示波器融合到自動測試系統中,并能開發一種通用的示波器程控軟件是目前組建自動測試系統急需解決的一個問題。

    Namisoft利用LabVIEW CVI軟件,通過VISA和SCPI命令,設計了一種通用的示波器程控軟件,該軟件實現了硬件示波器的所有功能,同時又擴展出了波形存儲和報表打印功能,同時適用于遠程的試驗環境。

    1. 系統組成

    示波器通過USB、GPIB、網絡等硬件接口與計算機相應的接口連接。計算機通過VISA向示波器發送SCPI指令,示波器接收到指令后進行響應并將結果返回顯示,以達到程控的目的。

    2. 軟件設計

    在圖形化編程環境LabVIEW CVI下,通過VISA調用SCPI命令來獲取示波器的測量結果。

    軟件分為兩層:

    一層是應用層設計,主要進行示波器界面設計和數據處理;

    另一層是儀器通信層,該層主要利用VISA調用SCPI命令實現對儀器的控制。

    3. 系統界面展示

    本軟件利用VISA開發而成,所以實現了示波器軟件和硬件的無關性,將來更換為其它接口的示波器時,只需要更改資源描述名稱,軟件基本不做修改。這方便了軟件的升級,也增加了軟件的通用性,同時該軟件也可以作為一個通用的子程序嵌入到其它測試軟件中,用于完成信號的采集和分析。

    Namisoft(納米軟件),是一家面向全球客戶的智能測試及測試大數據分析的高科技公司,幫助客戶解決生產及研發中智能測試的需求,專注于儀器自動化測試軟件開發和智能測試大數據分析,通過測試云技術,邊緣計算和云計算,實現生產制造企業測試數據采集及智能分析、故障預測與診斷、維護決策與優化等大數據應用服務整體解決方案,幫助企業實現智能化改造。

    我們將不斷努力,致力成為為全球智能測試領導者!

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