回路穩(wěn)定性測(cè)量逾越PC仿真當(dāng)今的測(cè)量?jī)x器已使有效的實(shí)際測(cè)試非常方便。------------------------------------------------------------------------------工程師設(shè)計(jì)了在電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器或幾乎任何功率電子產(chǎn)品內(nèi)的一個(gè)控制回路以后,必須證實(shí)回路穩(wěn)定性已達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。與在回路上加瞬時(shí)負(fù)載之后進(jìn)行紋波、噪聲、電壓偏移或恢復(fù)時(shí)間測(cè)量不同,你無(wú)法用傳統(tǒng)的測(cè)試儀器,如電壓表或示波器,有效地測(cè)試回路穩(wěn)定性。工程師要使用
回路穩(wěn)定性測(cè)量逾越PC仿真 當(dāng)今的測(cè)量?jī)x器已使有效的實(shí)際測(cè)試非常方便。
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工程師設(shè)計(jì)了在
電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器或幾乎任何
功率電子產(chǎn)品內(nèi)的一個(gè)控制回路以后,必須證實(shí)回路穩(wěn)定性已達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。與在回路上加瞬時(shí)負(fù)載之后進(jìn)行紋波、噪聲、電壓偏移或恢復(fù)時(shí)間測(cè)量不同,你無(wú)法用傳統(tǒng)的測(cè)試儀器,如電壓表或
示波器,有效地測(cè)試回路穩(wěn)定性。
工程師要使用
多種獨(dú)立的儀器或昂貴的專用設(shè)備來(lái)進(jìn)行漫長(zhǎng)而又復(fù)雜的測(cè)試,因此他們常常認(rèn)為電路仿真能真實(shí)地反映制成品的特性。然而,盡管一種表面穩(wěn)定的設(shè)計(jì)是以軟件仿真為基礎(chǔ)的,但工程師們卻會(huì)發(fā)現(xiàn),印制電路板寄生電抗、生產(chǎn)中的元器件公差以及正常使用時(shí)的負(fù)載條件變化都會(huì)使制成品達(dá)不到預(yù)期的性能、工作不穩(wěn)定甚至出故障。
軟件仿真雖然是一種有用的工程工具,但它僅僅根據(jù)編程員輸入程序中的信息,對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行近似。因此,用軟件仿真代替實(shí)際測(cè)量是不可靠的。如今,現(xiàn)代儀器技術(shù)為工程師提供的測(cè)試儀器能對(duì)這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)特性進(jìn)行直接測(cè)量,而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。眼下已有一系列經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)可用來(lái)簡(jiǎn)化環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試（見(jiàn)附文“控制理論是起步之源”）。
從測(cè)試點(diǎn)開(kāi)始
在閉路環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際測(cè)試的第一步是注入一個(gè)干擾信號(hào)。為達(dá)到這一目的,就要在環(huán)路中插入一個(gè) 10 Ω～ 100Ω 的
電阻器,而所選的插入點(diǎn)要使這個(gè)小電阻產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì),如與反饋電阻串聯(lián)（圖 1）。如果你正在設(shè)計(jì)一塊新印制電路板,最好把這個(gè)電阻器永久性地加到電路板的布局里,這樣就可以在任何時(shí)侯進(jìn)行這些測(cè)試,而不會(huì)打亂電路板布線。
為了確定控制環(huán)路的增益和相角裕度,要使用一個(gè)
隔離變壓器把一系列離散頻率干擾信號(hào)加在這一插入的電阻器上,以保證控制回路不會(huì)被下拉至地電平（圖 2）。在每一個(gè)被注入的頻率點(diǎn)上,要測(cè)量插入電阻器兩端的相對(duì)振幅（單位為
dB）和相應(yīng)相位（單位為度）。這兩個(gè)測(cè)量值反映相應(yīng)測(cè)試頻率上的閉環(huán)增益和回路延遲,并產(chǎn)生一個(gè)回路頻響圖,你依據(jù)頻響圖就可以確定回路穩(wěn)定性。
為了有效地測(cè)量注入信號(hào)的相對(duì)增益和相位,測(cè)量?jī)x器必須抑制除注入頻率以外的其它頻率成份。實(shí)現(xiàn)這種抑制的最好辦法,就是在你注入每一個(gè)選定的頻率時(shí),對(duì)在檢測(cè)電阻器高端（即第1通道）和在檢測(cè)電阻器低端（即第2通道）測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次 DFT（離散傅立葉變換）（圖 3）。只要在頻率掃描期間直接將經(jīng)過(guò) DFT 處理的 第 1 和 第2 通道的測(cè)量結(jié)果繪制成圖像,你就不必用 PC 進(jìn)行處理就可以得到一個(gè)完整的頻響波德圖。例如,盡管圖 4 所示系統(tǒng)有好的增益裕度和相角裕度,但卻具有很低的增益和交叉頻率,從而在負(fù)載快速變化時(shí)調(diào)整率不佳,穩(wěn)定性降低。與之相反,在滿負(fù)載時(shí),雖然增益裕度比輕負(fù)載時(shí)小,但仍然足夠大,因而在很寬的頻率范圍內(nèi)具有高得多的增益（圖 5）。這一增益使系統(tǒng)即使在負(fù)載快速變化時(shí)仍具有出色的調(diào)整率和更高的穩(wěn)定性。
