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[参考译文] CCS/TMS320F28035:为什么 SFRA 的输出图形与理论计算不一致?

Guru**** 2529560 points
Other Parts Discussed in Thread: SFRA

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/microcontrollers/c2000-microcontrollers-group/c2000/f/c2000-microcontrollers-forum/602115/ccs-tms320f28035-why-is-the-output-graphics-of-sfra-not-accord-with-theoretical-calculation

器件型号:TMS320F28035
主题中讨论的其他器件:SFRA

工具/软件:Code Composer Studio

当我 使用  C2000 DPS Workshop EVM 和 TI 提供的 SFRA 工具进行实验时、受控体输出的图形如下:

但是、理论上、降压转换器不是它的传递函数、因为它(RL=7.5ohom、L=10uH、C=660uF、C5、C6、C7已从电路板上移除):


该传递函数在 MATLAB 中的图形如下所示:

为什么 SFRA 的结果与 Matlab 不相符?SFRA 中的多项式在2kHz 左右?这是否有任何问题?

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    输出滤波器的传递函数仅在 CCM 情况下有效。 如果转换器以 DCM 运行、则传递函数将为一阶、波特图将类似于 SFRA 在您的帖子中提供的波特图。

    第一步是在 SFRA 运行时使用示波器检查电感器电流、以确保那里有一个三角波形。 否则、您可能需要调整输出电压(更改设定点)或增加负载以获得该电压。

    此致、

    Richard
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    降压转换器上还有一件事,我们有电解电容器和陶瓷电容器.. 这也会改变模型。 谐振将会受到更大的阻尼。
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    感谢您的回答、我已经检查了电感器电流、如下所示:

    电路似乎在 CCM 模式下工作。除此之外、为了验证 SFRA 的正确性、我将扫描频率设置为从2kHz 到2.05Khz、并检查 EVM 的输入和输出波形。

    输入波形就是这样(通过 RC 网络进行测试、R=47k C=1nF)

    ):

    Vout 波形如下所示:

    2kHz 下的增益为:20lg (82.75/19.75)=12dB。 但在 SFRA 中、2kHz 附近的增益小于0dB:

    这怎么可能发生?

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    SFRA 也测量了馈波增益、确保您看到的是输出电压 fb 而不是输出电压的示波器波形
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    基准代码对 Vout fb 进行采样是正确的。 但是、在模拟传递函数时、您是否不会将 Vout fb 切换到 Vout? 理论上、传递函数为 Vout/Vin。

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    我检查了 MCU 的 PWM 输出、测试电路如下(R=47k、C=1nf、 SFRA_ISR_FREQ=200kHz):

    当我将扫描 频率设置为100Hz 左右时、像这样的波形 Vp-p=53.50mV:

    当我将扫描频率设置在2kHz 左右时、像这样的波形 Vp-p=18.5mV:

    注入信号似乎仅在 PWM 输出中发生了阻尼? 无论扫描频率开关如何、小注入信号的振幅是否相同?

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    RC 滤波器具有其自身的传输增益、100Hz 时的传输增益与 RC 滤波器的2KHz 不相同、因为您在-3dB 点以上的条件下工作、斜率为-20dB。

    您正确理解了我们使用固定的注入振幅。  

    数字控制器会看到 Vout-fb 而不是 Vout、由于 SFRA 设计用于辅助数字补偿器设计、因此检测 Vout-fb 是正确的。

    此致
    Manish

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    感谢你的答复。 我们在这里使用的 RC 滤波器考虑了您在上面提到的问题、因此我们选择了合适的参数(R=47k、C=1nF)。 我们已计算低频增益:

    RC 滤波器的传递函数为 H (JW)=  

    在100Hz,|H (JW)|=1.0000;在2kHz 时 、|H (JW)|=0.9956

    因此、我们用于测试小注入信号的 RC 滤波器在低频时几乎对信号没有影响。 但是、正如我们在 示波器中看到的、100Hz 中的振幅几乎是2kHz 中的三倍。

    因此、我们认为小注入信号已在 MCU 的输出中进行阻尼。 是这样吗? 希望您能回答。

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    在闭环情况下、这可能是成立的、因为我们在基准上注入、而 PWM 的输出位于控制器之后、控制器增益将抑制它。

    在开环情况下、我们不会缩放注入振幅、因此我预计该振幅通常不会有所不同。

    我们从未测量过您在示波器上的测量方式、因此可能存在特定于您所执行的测试的问题、您需要解决这些问题。 或者可能还有一些我们尚未考虑过的其他问题。

    但是、我可以确认这不会影响数据的功能和正确性、

    我们已将多种拓扑中 SFRA 的数据与外部 FRA 和建模数据进行了比较、所有数据都非常匹配

    请参阅以下应用手册以列举以下几项:

    www.ti.com/.../tiduay6b.pdf

    www.ti.com/.../tidub21a.pdf

    www.ti.com/.../tiducj0b.pdf

    www.ti.com/.../boostxl-buckconv

    www.ti.com/.../TMDSILPFCKIT

    因此、我们对软件和工具有很高的信心。
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    此外,

    这是我在2015年很久以前就这个主题与一位研究人员进行的一次互动、他正在调查同一个问题。  

    " Manish 和我在移除 C7 (电解输出电容)后测试了补偿设计器模型和数字电源 BoosterPack。  凸点更明显、模型结果和测量图匹配。  

     

    补偿设计器的波特图:

     

    SFRA 的波特图:

    "

    1. 已在状态空间中对降压功率级进行建模并具有完全寄生特性,请参阅随附的有关此模型的报告。 (这不是假设使用混合电容器、我没有怀疑混合电容器是导致此问题的原因)
    2. 然后、我使用状态空间中的模型与 SFRA 进行比较、而不使用混合电容器、即单种电容器、结果非常匹配

    3.将我的派生模型与<>中的模型进行了比较,该模型并不假定所有寄生都是寄生的,并且两者都按预期接近,因为寄生值很低。

    然后、我使用了旧模型、与一种类型的电容器进行了比较、并将结果与状态空间中的值进行了比较。

    因此、所有型号都同意单种电容器。

    接下来、设计了一个补偿器并比较了开环图

    1. 下一步是在状态空间中对混合电容器建模、但我还没有时间对这些电容器建模。 但我认为 这不会造成太大的差异。
    2. 此外、如果他真的想看到凸点、我输入了脚本中的值、我从补偿设计器那里得到了与之前曲线匹配的以下值。 因此、在补偿设计器中证明模型的实现是正确的。

     

     

    "

    以下是几点  

    -即使电解电容器与陶瓷电容器组合在一起、我仍然希望看到一个凸点->期望不是现实的

    -将模型与其他模型进行比较并不能真正告诉我们任何信息。 需要将这些模型与实际测量数据进行比较(使用专用 VNA 和软件 FRA 获取的数据)->测量值与测量值不意味着什么、这意味着两种设备同样糟糕。

    -如果它们在补偿器中使用复零点来抵消导致碰撞的复极点,则*LOoop*测量可能看起来是平坦的。 不过、工厂仍会有凸点。 最后一封电子邮件中的仿真波特图是工厂而非环路的波德图、因此应该有一个凸点。"

    "

    "我使用状态空间模型和单个电容器类型对降压功率级进行了建模、得到了下图中的曲线。

    但是、我们将混合电容器方法用于输出电容器、陶瓷电容器与电解电容器并联。 由于可靠性问题、学术界是分裂的、通常不喜欢混合方法、但由于它提供的优势、即 ESR 电阻降低、效率提高、因此越来越受到关注。

    总之、 模型仅使用一种类型的电容器、因此他获得了降压转换器的经典曲线。

    我们在套件上使用混合电容器(elec+cer)并将其纳入我们的模型中、因此不会看到谐振的表现。

    在下图中、旧曲线是我们的混合电容模型、您可以清楚地看到、由于使用混合电容、极点的阻尼明显增大。

    "

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    他还在寻找凸起... 但如果使用 brid cap、您将无法看到它。 您可以搜索有关此主题的多篇 IEEE 论文。