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【揭秘】深入環路分析的測試對比和解析

環路分析的測試原理主要是給開關電源電路注入一個頻率變化的正弦信號,測量開關電源在頻域上的特性,通過分析增益余量和相位余量來判斷環路是否穩定,可以為電子工程師設計穩定的控制電路提供直觀的數據。


相比傳統的測試方法,比如:采用電子負載對開關電源產品進行不同電壓或電流下的工作狀態,甚至采用不同電流斜率的動態負載來測試開關電源的工作狀態。環路分析的測量方式可以大大減少環路穩定性的驗證周期,而且具備直觀的伯德圖數據。


開關電源的穩定性關系到整個應用系統的可靠性,利用伯德圖可以看出在不同頻率下系統增益的大小和相位,

通過伯德圖來對開關電源的環路穩定性進行判斷和分析已經成為評估開關電源可靠性必不可少的方法。


在研發期間反復的修改和調試電路時,環路分析可以提供直觀的數據對比,同時測量非常便捷,能快速的判斷系統是否達到穩定狀態,增強工程師對設計產品的信心。


曾經昂貴的專業環路分析儀令很多工程師甚至企業放棄了這項至關重要的測試。至從是德科技將環路分析的功能嵌入到示波器中后,環路分析的測量就飛入平常“百姓家”了。


是德科技低至不到3000RMB起的1000X系列示波器都具備環路分析功能了。

曾經幾十萬元的專業環路分析儀的測試,即刻觸手可及了。


目前是德科技的1000X、3000T、4000X、6004A系列都具備環路分析的功能。

對于電源行業來說,工程師大多數使用的就是3000T系列了,僅2萬RMB左右起的售價,同時具備高端的環路分析功能。


那么,接下來作為對比的主角就是是德科技的3000T的示波器了。

1

圖中對比的3臺環路分析測試的設備方便為:

1. (右上)是德科技的MSOX3104T數字示波器

2. (右下)是德科技的E5061B網絡分析儀

3. (左上)牛頓的PSM1735專業環路分析儀


環路分析的測量在開關電源的發展初期就是采用網絡分析儀來進行測量的,其最典型的代表就是E5061B了,包括目前華為仍然在采用E5061B進行這種傳統的環路分析測試方法。E5061B目前的市場售價在20萬RMB左右。

牛頓的環路分析儀測量方式是基于網絡分析儀簡化而來的,PSM1735屬于該系列中高配的版本,其售價也在20萬RMB左右。

關于MSOX3104T的功能相信大家都不陌生吧,更多介紹請移步查看:【觸摸、發現、解決】一直被模仿,從未被超越——是德科技MSO-X 3104T示波器測評



雖然看起來僅1/10售價的示波器和昂貴的2臺設備對比顯得不太公平,但對于工程師而言,需要的是毫不妥協的測量數據準確性。


下面來對幾款開關電源產品進行測試數據對比和測試方法說明。。。


。。。。。。。下接第20帖。。。。。。

全部回復(241)
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2017-09-27 15:00
占樓 哈哈
0
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2017-09-27 15:06
版主,趕緊的啊,正計劃買呢
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kzsc20
LV.4
4
2017-09-27 15:19
正準備買環路分析儀器 請聯系我15820881016
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副帥
LV.2
5
2017-09-27 15:28
繼續啊,版主
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2017-09-27 16:27
@sijieshenhua
版主,趕緊的啊,正計劃買呢
買嗎?可以私信我哦!
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2017-09-27 16:33
學習
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brsys
LV.7
8
2017-09-27 16:35
@副帥
繼續啊,版主[圖片]

回貼樓層出錯。

0
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brsys
LV.7
9
2017-09-27 16:36

有空免費幫我測試一下我的一個電源的環路好嗎?

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mosker
LV.1
10
2017-09-28 14:46
版主威武!先占一個坑!
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2017-09-28 15:58
期待樓主更新后續測試的說明,以及對比分析。
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2017-09-28 16:02
@brsys
有空免費幫我測試一下我的一個電源的環路好嗎?
來吧
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悟今生
LV.5
13
2017-09-28 16:25

    以往我們分析電源環路是否穩定時,需要在不同輸入不同輸出負載情況下,以及不同瞬態切換時進行驗證,可以說是非常費時間又經常遇到困難而裹足不全,專門的環路分析儀價格很高。

    而有了性價比較高帶環路分析儀功能的示波器后,將會大大縮短調試時間,而且有助于幫助我們設計出高可靠的電源產品來。

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jingxi
LV.2
14
2017-09-28 18:57

是德推出的具備環路分析功能的示波器,不僅價格便宜,而且具備價格昂貴專用環路分析儀的功能,

可以借助示波器和附件方便的測量出來電源是否能穩定的工作,進而采用很少的時間就能設計完美的電源產品,可以說是電源工程師的福音。

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Nober
LV.2
15
2017-09-28 21:53
@javike
來吧
我們公司研發大功率電源的,現在正在進行系統建模和穩定性分析,工作確實難度和時間占用較大。想問下,環路分析儀能夠用在大功率電源設備系統環路分析上嗎?輸入信號隔離,輸出信號也隔離,然后高壓主電路強電工作,數字控制器采樣輸入信號,控制主電路工作,這樣應該可以測出系統環路吧?
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2017-09-29 11:33

看了樓主的環路分析貼,對是德科技的3000T的示波器的功能,我有幾個疑問,還望解答:

1、此環路分析儀器有沒有小電流分析、大電流分析的功能?

2、能不能做拉普拉斯變換、復頻域變換?

3、能否生成波特圖和根軌跡圖?

此外,該產品售價僅1/10,在功能的精確度上能否有保障呢?是如何做到的,采用的什么獨特的策略?

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2017-09-29 11:51
@Nober
我們公司研發大功率電源的,現在正在進行系統建模和穩定性分析,工作確實難度和時間占用較大。想問下,環路分析儀能夠用在大功率電源設備系統環路分析上嗎?輸入信號隔離,輸出信號也隔離,然后高壓主電路強電工作,數字控制器采樣輸入信號,控制主電路工作,這樣應該可以測出系統環路吧?
環路分析不受功率限制,也就是可以適用于任何功率等級的電源測量
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2017-09-29 11:56
@王成美業
看了樓主的環路分析貼,對是德科技的3000T的示波器的功能,我有幾個疑問,還望解答:1、此環路分析儀器有沒有小電流分析、大電流分析的功能?2、能不能做拉普拉斯變換、復頻域變換?3、能否生成波特圖和根軌跡圖?此外,該產品售價僅1/10,在功能的精確度上能否有保障呢?是如何做到的,采用的什么獨特的策略?

1.不知道你說的小電流和大電流分析指的是什么,如果只是測量,當然是沒有問題的

2. 拉普拉斯變換建議采用是德科技的MSOX6004A示波器進行,同時,該款示波器也具備環路分析的功能。

3. 波特圖是必然具備的。

精度上請關注我后面的實測數據。

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lixue2017
LV.1
19
2017-09-29 12:29
@javike
1.不知道你說的小電流和大電流分析指的是什么,如果只是測量,當然是沒有問題的2. 拉普拉斯變換建議采用是德科技的MSOX6004A示波器進行,同時,該款示波器也具備環路分析的功能。3.波特圖是必然具備的。精度上請關注我后面的實測數據。
DSOX4024A型號的示波器有環路分析功能嗎?我記得查過,沒有!是否還能升級一下,帶有環路分析功能。示波器這些功能說明書隨機沒有,有個光盤,還沒看過,是不是都在這個光盤里面。
1
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2017-09-29 12:32

。。。。。。上接第1帖。。。。。


首先來測一款BUCK控制器:

5V USB輸入,3.3V輸出的小功率BUCK


關于接線方式可以在示波器中直接查看和編輯。




先看看MSOX3104T實測的數據:


MSOX3104T示波器測得的穿越頻率為39.67KHz,相位裕量為65.50度


再來看看傳統的網絡分析儀測量的數據:


E5061B網絡分析儀測得的穿越頻率為39.462344KHz,相位余量為66.424度。



再來看看專業的環路分析儀測得的數據:


PSM1735測得的穿越頻率為39.40KHz,相位裕量為65.0度。


整理做個小結:


首先,從數據上來看,MSXO3104T的測量數據準確度完全可以媲美專業的環路分析儀和傳統的網絡分析儀。


另外,做這個對比測試非常花費時間,不得不吐槽一下:

在操控上,MOSX3104T優勢太明顯了,分分鐘搞定的節奏。

然而傳統的網絡分析儀E5061B調用環路分析這個功能就需要進入很多的子菜單中做很多的設置,同時,注入電壓是以dB為單位的,還需要轉換一下,折騰下來快也要好幾分鐘,不熟悉得搞半個小時的節奏

再說說專業的環路分析儀PSM7135,調用和設置也是很麻煩,更痛苦的是黑白的顯示對比度太低了,沒有USB接口存儲截圖甚是不便也就算了,顯示屏用手機無法拍清楚的節奏,目前看到的清晰圖的亮度是用單反進行HDR曝光合成拍出來的。

另外,傳統的網絡分析儀E5061B和專業的環路分析儀PSM7135都無法查看注入的信號,這也導致環路分析的一個很關鍵的參數不能直觀的判定,那么,對于環路測試時,注入信號的幅度設置多少為合適呢?(請看后續的測評和解析)





。。。。。。下接第69帖。。。。。


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2017-09-29 12:33
@lixue2017
DSOX4024A型號的示波器有環路分析功能嗎?我記得查過,沒有!是否還能升級一下,帶有環路分析功能。示波器這些功能說明書隨機沒有,有個光盤,還沒看過,是不是都在這個光盤里面。
DSOX4024A是具備環路分析功能的,可能是你的沒有這個選件,需要升級一下。
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2017-09-29 13:28
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先來測一款BUCK控制器:[圖片]5VUSB輸入,3.3V輸出的小功率BUCK關于接線方式可以在示波器中直接查看和編輯。[圖片]先看看MSOX3104T實測的數據:[圖片]MSOX3104T示波器測得的穿越頻率為39.67KHz,相位裕量為65.50度再來看看傳統的網絡分析儀測量的數據:[圖片]E5061B網絡分析儀測得的穿越頻率為39.462344KHz,相位余量為66.424度。再來看看專業的環路分析儀測得的數據:[圖片]PSM1735測得的穿越頻率為39.40KHz,相位裕量為65.0度。整理做個小結:[圖片]首先,從數據上來看,MSXO3104T的測量數據準確度完全可以媲美專業的環路分析儀和傳統的網絡分析儀。另外,做這個對比測試非常花費時間,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T優勢太明顯了,分分鐘搞定的節奏。然而傳統的網絡分析儀E5061B調用環路分析這個功能就需要進入很多的子菜單中做很多的設置,同時,注入電壓是以dB為單位的,還需要轉換一下,折騰下來快也要好幾分鐘,不熟悉得搞半個小時的節奏[圖片]再說說專業的環路分析儀PSM7135,調用和設置也是很麻煩,更痛苦的是黑白的顯示對比度太低了,沒有USB接口存儲截圖甚是不便也就算了,顯示屏用手機無法拍清楚的節奏,目前看到的清晰圖的亮度是用單反進行HDR曝光合成拍出來的。另外,傳統的網絡分析儀E5061B和專業的環路分析儀PSM7135都無法查看注入的信號,這也導致環路分析的一個很關鍵的參數不能直觀的判定,那么,對于環路測試時,注入信號的幅度設置多少為合適呢?(請看后續的測評和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。
學習來的
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l451060697
LV.2
23
2017-09-29 13:55
環路分析法是不是自動控制原理中建立傳遞函數,然后通過伯德圖來觀察相關的響應曲線, 增益大小?看文中說3000T系列具有高端的環路分析功能,這個高端主要是指什么?因為單純從課本上的知識來說,建立模型后的伯德圖應該都是差不多的?還有售價比市面的上某些產品要便宜,會不會犧牲掉精度或者其余相關參數來達到節約成本的問題?
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feiyangziwo
LV.4
24
2017-09-29 18:23

看了上面的評測,看到了是德在為工程師們一直謀求福利,使得我們可以低成本享受高級服務,減輕了我們以前的工作量,以前是通過不停的修改輸入頻率去測試系統的相應,最終的出來系統的波特圖,如果環路不理想修改一個參數還得重復一次相同的工作,耗時還耗費資源。。

在看了測試以后我有些疑問:

1,在隔離型的開關電源上在前期建模的時候由于不同的變壓器存在的寄生電容和電感不一樣,是否也需要進行不同的電感進行測試呢?(主功率回路電感量一樣)?

2,示波器的采樣頻率是多少呢?在現在高開關頻率的開關電源(開關頻率》3MHz)的測試頻段到1.5G。是否能夠滿足?

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liuyang6666
LV.1
25
2017-09-29 19:03
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先來測一款BUCK控制器:[圖片]5VUSB輸入,3.3V輸出的小功率BUCK關于接線方式可以在示波器中直接查看和編輯。[圖片]先看看MSOX3104T實測的數據:[圖片]MSOX3104T示波器測得的穿越頻率為39.67KHz,相位裕量為65.50度再來看看傳統的網絡分析儀測量的數據:[圖片]E5061B網絡分析儀測得的穿越頻率為39.462344KHz,相位余量為66.424度。再來看看專業的環路分析儀測得的數據:[圖片]PSM1735測得的穿越頻率為39.40KHz,相位裕量為65.0度。整理做個小結:[圖片]首先,從數據上來看,MSXO3104T的測量數據準確度完全可以媲美專業的環路分析儀和傳統的網絡分析儀。另外,做這個對比測試非常花費時間,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T優勢太明顯了,分分鐘搞定的節奏。然而傳統的網絡分析儀E5061B調用環路分析這個功能就需要進入很多的子菜單中做很多的設置,同時,注入電壓是以dB為單位的,還需要轉換一下,折騰下來快也要好幾分鐘,不熟悉得搞半個小時的節奏[圖片]再說說專業的環路分析儀PSM7135,調用和設置也是很麻煩,更痛苦的是黑白的顯示對比度太低了,沒有USB接口存儲截圖甚是不便也就算了,顯示屏用手機無法拍清楚的節奏,目前看到的清晰圖的亮度是用單反進行HDR曝光合成拍出來的。另外,傳統的網絡分析儀E5061B和專業的環路分析儀PSM7135都無法查看注入的信號,這也導致環路分析的一個很關鍵的參數不能直觀的判定,那么,對于環路測試時,注入信號的幅度設置多少為合適呢?(請看后續的測評和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。

不錯,測試的準確度還是可以的。這個測試的數據最后能都導出來嗎?有軟件可以編輯數據嗎

希望測評貼在寫得詳細一點,如直流是怎么接線的,交流怎么測試,中間是否需要隔離,原理圖及測試節點

示波器探頭是不是得用差分的隔離下

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一川
LV.2
26
2017-09-29 23:26
看測評帖中,專用網絡分析儀和牛頓環路分析儀都挺貴的,體積還大。采用集成到示波器內的環路分析功能,無疑價格相比很便宜,而且還有示波器和環路分析儀的功能。跟專業的相比,應該有所差距,不過不影響咱們工程師設計調試。
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OnLy_you
LV.3
27
2017-09-30 00:12
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先來測一款BUCK控制器:[圖片]5VUSB輸入,3.3V輸出的小功率BUCK關于接線方式可以在示波器中直接查看和編輯。[圖片]先看看MSOX3104T實測的數據:[圖片]MSOX3104T示波器測得的穿越頻率為39.67KHz,相位裕量為65.50度再來看看傳統的網絡分析儀測量的數據:[圖片]E5061B網絡分析儀測得的穿越頻率為39.462344KHz,相位余量為66.424度。再來看看專業的環路分析儀測得的數據:[圖片]PSM1735測得的穿越頻率為39.40KHz,相位裕量為65.0度。整理做個小結:[圖片]首先,從數據上來看,MSXO3104T的測量數據準確度完全可以媲美專業的環路分析儀和傳統的網絡分析儀。另外,做這個對比測試非常花費時間,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T優勢太明顯了,分分鐘搞定的節奏。然而傳統的網絡分析儀E5061B調用環路分析這個功能就需要進入很多的子菜單中做很多的設置,同時,注入電壓是以dB為單位的,還需要轉換一下,折騰下來快也要好幾分鐘,不熟悉得搞半個小時的節奏[圖片]再說說專業的環路分析儀PSM7135,調用和設置也是很麻煩,更痛苦的是黑白的顯示對比度太低了,沒有USB接口存儲截圖甚是不便也就算了,顯示屏用手機無法拍清楚的節奏,目前看到的清晰圖的亮度是用單反進行HDR曝光合成拍出來的。另外,傳統的網絡分析儀E5061B和專業的環路分析儀PSM7135都無法查看注入的信號,這也導致環路分析的一個很關鍵的參數不能直觀的判定,那么,對于環路測試時,注入信號的幅度設置多少為合適呢?(請看后續的測評和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。
J版的多種儀器分析,拿數據說哈,說明是德的這一技術還是值得肯定的,國內的某些示波器廠家也嘗試搞這一技術,但相差甚遠,還是皮毛。主要測試原理利用信號的疊加特性,輸入不同頻率的正弦波,模擬干擾信號,測試輸出調節結果,來比較相位差和增益比值,來評估系統的穩定性。
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飄飄飄
LV.6
28
2017-09-30 08:31
@一川
看測評帖中,專用網絡分析儀和牛頓環路分析儀都挺貴的,體積還大。采用集成到示波器內的環路分析功能,無疑價格相比很便宜,而且還有示波器和環路分析儀的功能。跟專業的相比,應該有所差距,不過不影響咱們工程師設計調試。
進來學習的。
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李大錘
LV.2
29
2017-09-30 09:51
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先來測一款BUCK控制器:[圖片]5VUSB輸入,3.3V輸出的小功率BUCK關于接線方式可以在示波器中直接查看和編輯。[圖片]先看看MSOX3104T實測的數據:[圖片]MSOX3104T示波器測得的穿越頻率為39.67KHz,相位裕量為65.50度再來看看傳統的網絡分析儀測量的數據:[圖片]E5061B網絡分析儀測得的穿越頻率為39.462344KHz,相位余量為66.424度。再來看看專業的環路分析儀測得的數據:[圖片]PSM1735測得的穿越頻率為39.40KHz,相位裕量為65.0度。整理做個小結:[圖片]首先,從數據上來看,MSXO3104T的測量數據準確度完全可以媲美專業的環路分析儀和傳統的網絡分析儀。另外,做這個對比測試非常花費時間,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T優勢太明顯了,分分鐘搞定的節奏。然而傳統的網絡分析儀E5061B調用環路分析這個功能就需要進入很多的子菜單中做很多的設置,同時,注入電壓是以dB為單位的,還需要轉換一下,折騰下來快也要好幾分鐘,不熟悉得搞半個小時的節奏[圖片]再說說專業的環路分析儀PSM7135,調用和設置也是很麻煩,更痛苦的是黑白的顯示對比度太低了,沒有USB接口存儲截圖甚是不便也就算了,顯示屏用手機無法拍清楚的節奏,目前看到的清晰圖的亮度是用單反進行HDR曝光合成拍出來的。另外,傳統的網絡分析儀E5061B和專業的環路分析儀PSM7135都無法查看注入的信號,這也導致環路分析的一個很關鍵的參數不能直觀的判定,那么,對于環路測試時,注入信號的幅度設置多少為合適呢?(請看后續的測評和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。
對于我在的小公司做電源,由于經費有限,買不起昂貴的專業分析儀,做電源一直走著業余的路子,環路補償問題基本上都是靠經驗去解決,只能通過小批量試產去確認所做的設計的環路是否穩定。如果是德科技真的能把高端的分析儀用如此低廉的價格引入到示波器中真是我們這些小公司的福音。接線方式可以在示波器中直接查看這個功能真的很棒,考慮的非常周全啊,并不是所有的開關電源從業者都很專業,這讓我這種沒入門的人也有條件去研究一下環路穩定的問題了。
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勇氣2015
LV.1
30
2017-09-30 10:11
@飄飄飄
進來學習的。[圖片]
最近在做關于反饋方面和回路補償方面的知識,還有斜率補償,感覺很難看懂,有時候只是看懂一點點,真正在和其他的工程師交流的時候,發現很多人也都是只知其一而不知其二,很想能徹底搞透這方面的知識。
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gordonmoon
LV.2
31
2017-09-30 11:39
我們在實際的應用過程中多采用電子負載對開關電源產品進行不同電壓或電流下的工作狀態進行測試,測試比較簡單,對于單位日常性的檢測都能夠滿足;但是對于我們技術研發部門來說就相對簡單,以前都是初步測試之后在外面專業測試機構測試,效率低;看到這篇文章感覺受益匪淺,下一步申請購買環路分析的設備已加強技術升級!
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