Keysight Application Note 5992-0593EN | Power Supply Control Loop Response (Bode Plot) Measurements

Application Note : Qualifizieren der Netzteil-Regelschleife (Bode-Diagramm) mit den Oszilloskopen der InfiniiVision X-Serie.

Oszilloskope sind die bevorzugten Messgeräte mit denen an Netzgeräten die Regelschleifen und die Qualität von Netzteilen überprüft werden.  Allerdings bieten die üblichen Oszilloskope darin keine Unterstützung, um die spezifischen messtechnischen Fragestellungen bei der Entwicklung zu beantworten. – Nicht so bei den Oszilloskopen von Keysight der InfiniiVision-Serien 3000T, 4000 und 6000 X. Mit diesen Oszilloskopen plus der jeweiligen Power-Option wie DSOX3PWR, DSOX4PWR, DSOX6PWR lassen sich die spezifischen Kenngrößen für die Qualifizierung eines Netzgerätes und der Regel-Schleife untersuchen wie:

• Qualität der Ausgangsleistung
• Strom-Oberschwingungen
• Einschaltstromverhalten
• Verhalten des Ausgangswiderstands und Sättigungszustände der Leistungsstellglieder
• Schaltverluste
• Flankensteilheiten bei Laständerungen (Nachregelverhalten)
• Modulation
• Ausgangs-Ripple (Ausgangswelligkeit)
• Ein- / Ausschaltverhalten
• Transient Response (Störsignalausgleich)
• Netzgerät-Effektivität/Wirkungsgrad
• Power Supply Rejection Ratio (PSRR)
• Verhalten der Regelschleife (Bode-Darstellung = Amplituden- und Frequenzgang über Frequenz in einem Diagramm)

Das wesentliche an diesen Oszilloskopen mit der jeweiligen Power-Option ist, dass Vergleichsmessungen mit einem Netzwerkanalysator keine Messunterschiede zu den Messungen mit dem Oszilloskop ergeben!

Einzigartig bei den Keysight-Oszilloskopen mit den jeweiligen Power-Mess-Optionen ist, dass das Frequenzverhalten der Regelschleife untersucht und optimiert werden kann. Die dynamischen Kenngrößen wie die Control Loop Response (Regelverhalten) und die Darstellung des Amplituden- und Frequenzgangs über der Frequenz in einem Diagramm sowie die Messungen zum Power Supply Rejection Ratio (PSRR / im Dt. oft „Versorgungsspannungsdurchgriff“ genannt) geben Aufschluss über das Regelverhalten des Gesamtsystems als auch über die Stabilität des zu testenden Netzgerätes. Möglich wurde dieses, nachdem in den Oszilloskopen ein Funktions-/Arbiträrgenerator als Stimulus integriert ist und dadurch derartige Stimulus/Response-Messungen durchgeführt werden können. 

Ein Netzgerät kann eigentlich wie ein Verstärker betrachtet werden allerdings mit einer negativen Rückkopplung. Es kann also als DC-Verstärker angesehen werden, der Änderungen in den Ausgangsbedingungen wie z.B. Laständerungen ausgleicht. Für die Überprüfung dieser Regelschleife muss eine Störgröße mit unterschiedlichen Frequenzkomponenten in die Rückkopplunkgsschleife eingeprägt werden. Über einen Einpräge-Transformator (Injection Transformer) J2101A (von PICOTEST) kann das Störsignal vom Funktions-/Arbiträrgenerator eingekoppelt werden, ohne dass zusätzliche DC-Spannungen/-Ströme eingekoppelt werden, die den Arbeitspunkt der Regelschleife versetzten würde. Mit dem Oszilloskop können dann die der Gleichspannung überlagerten Wechselspannungsanteile gemessen werden. Ebenso natürlich die Eingangsspannung und die DC-Ausgangsspannung, woraus sich dann die Effektivität bzw. der Wirkungsgrad des Netzgerätes bestimmen lässt oder die „Verstärkung“ nach 20 log (Ausgangsspannung/ Eingangsspannung)   sowie gleichzeitig den Phasenunterschied zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung, was insgesamt für das Bode-Diagramm benötigt wird.

Die Broschüre ist in englischer Sprache.