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【是德征文】高效率高功率密度DC-DC车载笔记本电源环路分析的调试分享

前2天是德科技发布了新品InfiniiViSion 1000X系列示波器,其强大的功能和超低的价格诱惑力巨大啊。

得空,我就小试了一下DSOX1102G的环路分析功能。

先上主角:


关于DSOX1102G的详细测评请看:http://www.dianyuan.com/bbs/1538956.html


当然了,如果你也想拥有一台,现在是最佳时机哦,本月是是德科技的第二届感恩月。


你有3种方式可以免费获得该款示波器:


详情请猛戳:

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再上电源实物图:


关于这款电源的设计背景和过程请移步:http://www.dianyuan.com/bbs/1539173.html

电源规格为:



输入:DC12V(10~15V)

输出:DC19V/5A

尺寸:L50.0*W30.5mm


原本设计和测试各项参数都还算比较满意的,利用DSOX1102G对环路进行优化以后,效率提升了0.13%,

虽说效率提示不明显,但对于目前效率已经高达98.23%的基础上再度提升已经算不容易了。

不过也说明了损耗减小了0.1235W。

同时稳定性得到了保障。


先来看看根据官方资料设计的环路增益曲线:





从DSOX1102G测试的环路增益图中,

这3张图分别表示的是穿越频率附近的增益和相位,以及穿越频率附近10倍程频范围内的增益斜率



再看看官方DEMO资料给出的增益曲线图:




问题说明:

对于开关频率500KHz的电源,一般穿越频率设计为50KHz(1/10*Fsw)较好,过低会导致带宽变小,过高会导致输出中有很大的开关纹波,同时容易引入干扰。而测得的穿越频率仅为6.3KHz左右,同时相位裕量有些偏大,增益斜率为-1多点。

官方DEMO的穿越频率为19KHz左右,相位裕量约55-60度。


那么,调整目标为:

1. 穿越频率约为1/20*Fsw

2. 相位裕量在40-60度范围内

3. 增益斜率约为-1左右,保证单极点穿越。


与此帖同时开帖的【是德征文】技术帖还有:

【是德征文】细数示波器中那些你不知道的功能之————动态负载仿真

链接:http://www.dianyuan.com/bbs/1539145.html


。。。。。。下接第3帖。。。。。。



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斌520
LV.9
2
2017-03-04 18:16
奖品诱惑力相当强!!!
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2017-03-07 17:29

反馈环路的补偿端的阻容网络也是大家比较常见的。


从上面的测试结果来看,首先要解决的就是带宽小了的问题,把穿越频率先搞起来。

提高带宽,首先的方向就是减小电容值。

所以首先就是对C1和C2减小看看。


C1较大,所以C1首当其冲:

把C1修改为102(1nF)后

穿越频率明显提升,同时相位裕度也有下降


C2已经比较小了,所以再试试把C1加大点看看:


C2修改为681(680pF)后,整个趋势和上面修改C1的节奏是一致的,穿越频率增加,相位裕度降低。


那么再试试修改R1的效果:


把R1修改为3.9K之后,穿越频率基本没有变化,但相位裕度却是有所下降的。

不过下降得有点低。


那么,到此,基本的趋势就比较明晰了。

后面就该针对性的调整到目标值了。


。。。。。。下接第9帖。。。。。。




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2017-03-07 19:25
@javike
[图片]反馈环路的补偿端的阻容网络也是大家比较常见的。从上面的测试结果来看,首先要解决的就是带宽小了的问题,把穿越频率先搞起来。提高带宽,首先的方向就是减小电容值。所以首先就是对C1和C2减小看看。C1较大,所以C1首当其冲:[图片]把C1修改为102(1nF)后穿越频率明显提升,同时相位裕度也有下降C2已经比较小了,所以再试试把C1加大点看看:[图片]C2修改为681(680pF)后,整个趋势和上面修改C1的节奏是一致的,穿越频率增加,相位裕度降低。那么再试试修改R1的效果:[图片]把R1修改为3.9K之后,穿越频率基本没有变化,但相位裕度却是有所下降的。不过下降得有点低。那么,到此,基本的趋势就比较明晰了。后面就该针对性的调整到目标值了。。。。。。。下接第9帖。。。。。。
斜率-1,该怎样理解和描述呢?
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2017-03-07 20:01
@高手1997
斜率-1,该怎样理解和描述呢?
-20dB/10倍程频为-1
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2017-03-07 20:03
@高手1997
斜率-1,该怎样理解和描述呢?

电源网公开课视频中有做讲解

链接:http://www.dianyuan.com/class/video_1439.html

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2017-03-08 14:03
@javike
-20dB/10倍程频为-1

10K-100K的时候,假如10K是0DB  100K正好-20DB?

这样描述,我就懂了!  对了吗?

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2017-03-08 14:37
@高手1997
10K-100K的时候,假如10K是0DB 100K正好-20DB?这样描述,我就懂了! 对了吗?
对,这是-1的增益斜率
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2017-03-08 16:39

。。。。。。上接第3帖。。。。。。


先来更新一下上面调试后的阻容网络的参数:



经过上面的试验分析,可以得出的大概趋势为:

1. R1对穿越频率的影响比较小,对相位裕度影响较大。

2. C1对穿越频率的影响比较大。

3. C2对穿越频率和相位裕度都有影响。


所以,首当其冲就是C1了。

下面进一步减小C1提高穿越频率:

把C1改为471(470pF)后,穿越频率约为25KHz。

但相位裕度有点偏小,而此时C2却比C1大。


所以接下来试着减小C2:


减小C2到331(330pF)后,穿越频率又回到了20KHz这左右。相位裕度却基本没变。


那么先试试调整下相位裕度:


增加R1到10K,此时,穿越频率和相位裕度都提升了。


不过相位裕度刚好40dB左右,


于是试着再稍微提升相位裕度看看:


将R1增加到12K,相位裕度有了小幅度的提升,穿越频率基本保持没有变化。


哈哈,可以得寸进尺了,继续提升:


将R1增加到15K,相位裕度提升到43.8度,穿越频率还是很乖的没有变化。


不过,当再次增加R1到18K时,穿越频率递增到30KHz左右,同时相位裕度下降到37.49度了。

所以此时已经出现转折了,于是我就把R1修改回15K了。

到此参数基本定型。


接下来在看看穿越斜率:




10KHZ时增益为8.84dB

100KHZ时增益为-8.79dB

8.84+|-8.79|=17.63dB

增益斜率约为-1,单极点穿越

到此,环路就算调试完成了。


在看看最后的参数:



总结一下:

采用DSOX1102G仅进行1个试探调试掌握了变化趋势和1次针对性的调试,环路基本就调试完成了,而且达到预期的目标。

对于熟悉网络电阻变化趋势的工程师来说,仅对阻容网络进行1个循环的调试就可以快速完成。

这对开关电源可靠性的验证起到了很大的帮助,节省了很多动态响应方面的测试时间,从而可以大大的缩短研发的周期。


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2017-03-08 16:57
@javike
。。。。。。上接第3帖。。。。。。先来更新一下上面调试后的阻容网络的参数:[图片]经过上面的试验分析,可以得出的大概趋势为:1.R1对穿越频率的影响比较小,对相位裕度影响较大。2.C1对穿越频率的影响比较大。3.C2对穿越频率和相位裕度都有影响。所以,首当其冲就是C1了。下面进一步减小C1提高穿越频率:[图片]把C1改为471(470pF)后,穿越频率约为25KHz。但相位裕度有点偏小,而此时C2却比C1大。所以接下来试着减小C2:[图片]减小C2到331(330pF)后,穿越频率又回到了20KHz这左右。相位裕度却基本没变。那么先试试调整下相位裕度:[图片]增加R1到10K,此时,穿越频率和相位裕度都提升了。不过相位裕度刚好40dB左右,于是试着再稍微提升相位裕度看看:[图片]将R1增加到12K,相位裕度有了小幅度的提升,穿越频率基本保持没有变化。哈哈,可以得寸进尺了,继续提升:[图片]将R1增加到15K,相位裕度提升到43.8度,穿越频率还是很乖的没有变化。不过,当再次增加R1到18K时,穿越频率递增到30KHz左右,同时相位裕度下降到37.49度了。所以此时已经出现转折了,于是我就把R1修改回15K了。到此参数基本定型。接下来在看看穿越斜率:[图片][图片]10KHZ时增益为8.84dB100KHZ时增益为-8.79dB8.84+|-8.79|=17.63dB增益斜率约为-1,单极点穿越到此,环路就算调试完成了。在看看最后的参数:[图片]总结一下:采用DSOX1102G仅进行1个试探调试掌握了变化趋势和1次针对性的调试,环路基本就调试完成了,而且达到预期的目标。对于熟悉网络电阻变化趋势的工程师来说,仅对阻容网络进行1个循环的调试就可以快速完成。这对开关电源可靠性的验证起到了很大的帮助,节省了很多动态响应方面的测试时间,从而可以大大的缩短研发的周期。
来来来,来2张动态实测图,验证一哈,这环路修条的成果
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2017-03-08 17:07
@xd285070
来来来,来2张动态实测图,验证一哈,这环路修条的成果[图片]
看来我得改回去再试试验证下。找个时间测试验证下。
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H-power
LV.8
12
2017-03-15 11:09
@javike
看来我得改回去再试试验证下。找个时间测试验证下。

高压输出的电源能测试吗?

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2017-03-15 14:46
@H-power
高压输出的电源能测试吗?
高压输出一样可以使用,使用高压或者差分探头即可。
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leon5
LV.2
14
2017-05-25 11:37
大家竞猜下方案吧
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kzsc20
LV.4
15
2017-12-13 13:59
@javike
高压输出一样可以使用,使用高压或者差分探头即可。
能测试电流环路吗?
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H-power
LV.8
16
2018-03-27 10:29
@leon5
大家竞猜下方案吧
学习
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