Stabilitätsanalyse von DC/DC-Wandlern im Frequenzbereich

Ihre Anforderung

Sie müssen die Stabilität von Stromkreisen bestimmen, während die Parameter aufgrund von Alterung oder Temperaturänderungen variieren. Die Frequenzgang-Analyse ist ein wichtiges Werkzeug beim Entwurf und der Verifizierung von Schaltungen. Zur Beurteilung der Gesamtstabilität stehen zahlreiche Messungen zur Verfügung, beispielsweise Versorgungsspannungsdurchgriff, Komponentenimpedanz und Leerlaufverstärkung. Üblicherweise kommt dafür ein niederfrequenter Vektornetzwerkanalysator zum Einsatz. Auch mit einem Oszilloskop wie dem R&S®RTM3004, das zur Standardausrüstung von Laboren gehört, können diese Messungen durchgeführt werden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Führen Sie mit der Option R&S®RTx-K36 Frequenzgang-Analyse (Bode-Plot) schnell und einfach eine Frequenzgang-Analyse mit Ihrem Oszilloskop durch. Die Option R&S®RTx-K36 nutzt den im Oszilloskop integrierten Waveform Generator, um Anregungen im Bereich von 10 Hz bis 25 MHz zu erzeugen. Während das Verhältnis von Anregung und Ausgangssignal des Messobjekts bei jeder Testfrequenz gemessen wird, stellt das Oszilloskop Verstärkung und Phase logarithmisch dar.

Der Dynamikbereich von R&S®RTx-K36 ist auf Basis eines 0-dBm-Eingangssignals typischerweise > 70 dBc mit einem Amplitudenrauschen < 1 dB und einem Phasenrauschen < 5°. Um diesen Dynamikbereich mit dem 10-bit-A/D-Wandler des R&S®RTM3000 Oszilloskops zu erreichen, wird Breitbandrauschen mit Hilfe von Filter- und Mittelungsfunktionen der diskreten Fourier-Transformation beseitigt.

Anwendung

In diesem Beispiel wurde die Regelschleife eines DC/DC-Abwärtswandlers mit einem R&S®RTM3004 Oszilloskop und der installierten Option Bode-Plot gemessen. Das Generatorsignal wird über einen Transformator in die Rückkopplungsschleife des Wandlers eingespeist und das Signal an der Einspeisestelle (CH1) und am Ausgang (CH2) gemessen.

Messergebnisse

Wie im Screenshot oben auf der nächsten Seite dargestellt, nimmt die Leerlaufverstärkung (rote Kurve) bei steigender Frequenz nahezu monoton ab. Die Leerlaufphase (blaue Kurve) zeigt ein nicht monotones Verhalten, das durch einen zu großen Elektrolytkondensator am Ausgang des Abwärtswandlers verursacht wird.

Herkömmlicherweise wird der Frequenzgang mit einem dedizierten, niederfrequenten Vektornetzwerkanalysator (VNA) gemessen. Um die Messergebnisse des R&S®RTM3004 Oszilloskops zu vergleichen, wurde eine identische Messung mit einem niederfrequenten VNA und einem Oszilloskop der R&S®RTM3000-Serie durchgeführt.

Der Vergleich unten zeigt, dass die Analysen von R&S®RTM3004 und dem niederfrequenten Vektornetzwerkanalysator sehr gut übereinstimmen.

Fazit

Ingenieure nutzen Oszilloskope als bevorzugtes Messwerkzeug, um Entwürfe von elektrischen Schaltungen zu testen und zu charakterisieren. Insbesondere bei Applikationen im Bereich der Stromversorgung analysieren Entwicklungsingenieure den Frequenzgang gewöhnlicherweise mit einem dedizierten Zusatzgerät, dem niederfrequenten VNA. Mit der Option R&S®RTx-K36 Frequenzgang-Analyse (Bode-Plot) für die R&S®RTM3000, R&S®RTB2000 und R&S®RTA4000 Oszilloskope lässt sich die Frequenzgang-Analyse mit ähnlicher Genauigkeit durchführen.

Mit der rauscharmen Eingangsstufe und dem integrierten Waveformgenerator eignen sich diese Oszilloskope ideal für die Anforderungen, die bei der Frequenzgang-Analyse zu bewältigen sind. Sie sind eine kostenoptimierte Alternative zu dedizierten, eigenständigen, niederfrequenten Netzwerkanalysatoren.