Open Loop Bode Diagram Buck Converter Messen

Hallo,

magst du kurz genauer erläutern, was du explizit messen möchtest?
Regelstabilität würde ich unter anderem mittels eines "Load dynamic 
response "-Tests untersuchen.
Frequentielles Zu- und Abschalten einer spezifizierten Last am Ausgang.
Dabei kannst du dir anhand der Ausgangsspannung  und Ausgangsstrom in 
Abhängigkeit deiner Stellgröße, Ausgangslast sowie Schaltfrequenz das 
Regelverhalten deines Buckconverters analysieren.

Ich weiß jetzt nur nicht genau, ob dir das wirklich hilft. :)

Gruß
Migelchen

Das ist ein Thema, welches mich auch interessiert, allerdings habe ich 
das auch noch nie an einem reealen Schaltregler gemessen.

Aber wenn du beschreibst, was nicht funktioniert bzw. wie du die Messung 
gemacht hast hast, hat vielleicht jemand eine Idee, an was es liegen 
könnte.

Mich würde vor allem interessieren, was für Messgeräte du verwendet 
hast.

Hast du einen Übertrager zur galvanischen Trennung bedacht?

Anbei wie Profis es machen:
https://www.youtube.com/watch?v=olWwlXyv-wI

Und:
https://www.youtube.com/watch?v=lUOEbTpjseY

Und:
https://www.youtube.com/watch?v=W9oAEvjh7SE

Und natürlich die Serie vom guten Ray:
https://www.youtube.com/playlist?list=PLyhFL_AMrYNy5k9W2O5_KyQY4g8CbSK4j


Und das hier sicherlich mehr auf dich zugeschnitten:
https://www.youtube.com/watch?v=sqE7_HFV6FA


Hoffe das hilft. Ansonsten nachfragen.



Cheers,

Kioskman schrieb:
> Für die Messung der Open-Loop-Verstärkung muss ja die Regelschleife am
> Ausgang aufgetrennt werden. Das ist mir soweit klar. Jedoch in welchen
> Betriebspunkt ich den Buck Converter wie bringen muss, ist mir noch
> nicht ganz klar.

Um die Stabilität beurteilen zu können, muss man mehrere Betriebspunkte 
testen. Wenn du vorher schon eine Simulation gemacht hast, dann sollte 
nach Möglichkeit der gleiche Betriebspunkt gewählt werden, wie auch in 
der Simulation; damit sind die Ergebnisse direkt vergleichbar.

Das Problem bei einem Regelkreis mit PI-Regler ist, dass man ihn nicht 
einfach auftrennen kann, weil sonst durch kleine Offset-Fehler der 
Regler wegläuft und man gar keinen sinnvollen Betriebspunkt mehr hat. 
Man muss dafür sorgen, dass zumindest der DC-Anteil bzw. sehr 
niederfrequente Signale zurückgekoppelt werden, damit der Arbeitspunkt 
stabil bleibt.

Es gibt auch Messverfahren, bei denen der Regelkreis nicht aufgetrennt 
wird. Dazu wird z.B. ein Übertrager in den Regelkreis eingeschleift und 
damit eine Störfrequenz injiziert.

http://www.edn.com/design/test-and-measurement/4385974/Measure-power-supply-loop-transfer-4385974

An der Stelle, "bevor" die Störung injiziert wurde, kann man dann den 
Frequnzgang messen. Aber da kommt man vermultich an die Grenzen eines 
normalen Oszilloskops und Funktionsgenerators, es gibt dafür spezielle 
Messgeräte (z.B. von Venable, Keysight, ...).

voltwide schrieb:
> Das Einschleifen eines Übertragers in die Gegenkopplunsschleife ist der
> Klassiker (s. Dean Venable etc).
> Dieser Aufbau eignet sich vor allem gut für die Simulation.
> Die praktische Messung hat da allerdings ein Problem: Wenn ich im
> Bereich bis beispielsweise 1MHz messen möchte, benötige ich einen
> entsprechend breitbandigen Koppel-Trafo - was bei 50-Ohm kein
> grundsätzliches Problem darstellt. Aber wie aber bekomme ich massiven
> Taktfrequenzstörungen, die dann bei mehreren 100kHz liegen dürften,
> ausgefiltert ohne das Messsignal zu verfälschen?
Injezierst du nicht das Störsignal in den niederfrequenten Teil des 
Schaltreglers? Idealerweise sind die Taktfrequenzstörungen am Ausgang 
des Schaltreglers ausgefiltert? Letztendlich ist doch das Ausgangsfilter 
das bestimmende Glied in der Übertragungsfunktion.

Beispiel Buck Converter:
Letztendlich lässt sich die ganze Rechnerei auf einen Tiefpass 2. 
Ordnung herunterbröckeln. Und am Ausgang des Tiefpasses (sprich die 
Last) wird übern Koppeltrafo die Störung injeziert.
Wo und wie genau machen sich die Taktfrequenzstörungen bei dir in den 
Messungen bemwerkbar

Al3ko -. schrieb:
> Beispiel Buck Converter:
> Letztendlich lässt sich die ganze Rechnerei auf einen Tiefpass 2.
> Ordnung herunterbröckeln. Und am Ausgang des Tiefpasses (sprich die
> Last) wird übern Koppeltrafo die Störung injeziert.
> Wo und wie genau machen sich die Taktfrequenzstörungen bei dir in den
> Messungen bemwerkbar

Ja, das gilt für den voltage mode so und man kommt damit auf den 
Kompensator Typ III.
Am Ausgang des Wandlers steht eine nicht zu vernachlässigende 
ripple-Spannung an und man will ja eigentlich ein kleines Signal im 
mV-Bereich injizieren. Auf der anderen Seite hat ein Auskoppelübertrager 
eine hohe Gleichtaktunnterdrückung und entlang der mit 50Ohm 
abgeschlossenen Primärwicklung wird nur sehr wenig HF abfallen.

Es mag also sein, dass ich da zu viele Bedenken habe. Vor Jahren hab ich 
sowas mal an einem LT-Evalboard ausprobiert und so meine Schwierigkeiten 
damit gehabt.

Als 1:1 Übertrager hinreichender Bandbreite bieten sich übrigens 
Gleichtaktdrosseln aus Netzteilen an.

Hi Mark (voltwide?),

Mark S. schrieb:
> Am Ausgang des Wandlers steht eine nicht zu vernachlässigende
> ripple-Spannung an und man will ja eigentlich ein kleines Signal im
> mV-Bereich injizieren. Auf der anderen Seite hat ein Auskoppelübertrager
> eine hohe Gleichtaktunnterdrückung und entlang der mit 50Ohm
> abgeschlossenen Primärwicklung wird nur sehr wenig HF abfallen.
>
> Es mag also sein, dass ich da zu viele Bedenken habe. Vor Jahren hab ich
> sowas mal an einem LT-Evalboard ausprobiert und so meine Schwierigkeiten
> damit gehabt.
Kannst du dich erinnern, wie groß die Amplitude des injezierten Signals 
war? Wenn ich die Thematik richtig verstehe, sollte das injezierte 
Signal stark genug sein, um in den Messungen noch erkennbar zu sein 
(ergo größer als Störungen durch die Taktfrequenz), aber nicht zu groß, 
damit der Schaltregler noch vernünftig arbeiten kann.
Ray Ridley spricht über das Thema im folgenden Video:
https://www.youtube.com/watch?v=8TVvxB0n4qs&list=PLyhFL_AMrYNy5k9W2O5_KyQY4g8CbSK4j&index=4

> Als 1:1 Übertrager hinreichender Bandbreite bieten sich übrigens
> Gleichtaktdrosseln aus Netzteilen an.
Guter Hinweis.

nein weiss ich nicht mehr. Am besten einfach ausprobieren, als 
Hausnummer mal mit 10..100mV starten. Gut wäre es natürlich, wenn Du so 
ein Eval-board da hättest das nur noch modifiziert werden muß. Ich hab 
davon noch ne Kiste voll, bei Bedarf könnte ich Dir eins zu schicken.

voltwide schrieb:
> Aber wie aber bekomme ich massiven
> Taktfrequenzstörungen, die dann bei mehreren 100kHz liegen dürften,
> ausgefiltert ohne das Messsignal zu verfälschen?

Da das injizierte Störsignal bekannt ist, kann man durch schmalbandige 
Filterung und Demodulation das Signal schon messen; ungefähr so wie ein 
Funkempfänger auch nur die Frequenz herausfiltert, die benötigt wird.

In der Praxis ist das aber schon nicht so ganz einfach. Wenn man das 
digital filtern möchte, braucht man A/D-Wandler mit einem entsprechend 
großen Dynamikbereich, was aber heutzutage möglich ist.
Mit einem "normalen" DSO mit 8 Bit Auflösung geht es meiner Meinung nach 
allerdings nicht wirklich, deshalb braucht man da spezielle Messgeräte.

Davon abgesehen, ist es nicht wirklich sinnvoll, den Frequenzgang 
oberhalb der Schaltfrequenz zu messen. Da ist die Dämpfung sowieso schon 
so groß, dass es nicht mehr relevant ist.

Johannes E. schrieb:
> Davon abgesehen, ist es nicht wirklich sinnvoll, den Frequenzgang
> oberhalb der Schaltfrequenz zu messen. Da ist die Dämpfung sowieso schon
> so groß, dass es nicht mehr relevant ist.

Da hast Du natürlich recht, die Transitfrequenz liegt ja üblicherweise 
bei Fpwm/5. Als würde ein brickwall-Filter knapp unterhalb der 
Taktfrequenz genügen. Bei der Messung der Verstärkungsreserve braucht 
man aber auch noch den Bereich oberhalt der Tranitfrequenz.

> Als würde ein brickwall-Filter knapp unterhalb der Taktfrequenz genügen.

Ich behaupte mal ohne Bandpassfilter für die Frequenz des eingespeisten 
Messsignals geht das nicht.
Weder die Taktfrequenz und schon gar nicht das Taktverhältnis ist im 
allgemeinen konstant. Man hat da oft ungleiche Tastverhältnisse über 
mehrere Perioden. Das wirkt sich im Spektrum wie Subharmonische oder 
zusätliches Breitbandrauschen aus.