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【揭秘】深入环路分析的测试对比和解析

环路分析的测试原理主要是给开关电源电路注入一个频率变化的正弦信号,测量开关电源在频域上的特性,通过分析增益余量和相位余量来判断环路是否稳定,可以为电子工程师设计稳定的控制电路提供直观的数据。


相比传统的测试方法,比如:采用电子负载对开关电源产品进行不同电压或电流下的工作状态,甚至采用不同电流斜率的动态负载来测试开关电源的工作状态。环路分析的测量方式可以大大减少环路稳定性的验证周期,而且具备直观的伯德图数据。


开关电源的稳定性关系到整个应用系统的可靠性,利用伯德图可以看出在不同频率下系统增益的大小和相位,

通过伯德图来对开关电源的环路稳定性进行判断和分析已经成为评估开关电源可靠性必不可少的方法。


在研发期间反复的修改和调试电路时,环路分析可以提供直观的数据对比,同时测量非常便捷,能快速的判断系统是否达到稳定状态,增强工程师对设计产品的信心。


曾经昂贵的专业环路分析仪令很多工程师甚至企业放弃了这项至关重要的测试。至从是德科技将环路分析的功能嵌入到示波器中后,环路分析的测量就飞入平常“百姓家”了。


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

曾经几十万元的专业环路分析仪的测试,即刻触手可及了。


目前是德科技的1000X、3000T、4000X、6004A系列都具备环路分析的功能。

对于电源行业来说,工程师大多数使用的就是3000T系列了,仅2万RMB左右起的售价,同时具备高端的环路分析功能。


那么,接下来作为对比的主角就是是德科技的3000T的示波器了。

图中对比的3台环路分析测试的设备方便为:

1. (右上)是德科技的MSOX3104T数字示波器

2. (右下)是德科技的E5061B网络分析仪

3. (左上)牛顿的PSM1735专业环路分析仪


环路分析的测量在开关电源的发展初期就是采用网络分析仪来进行测量的,其最典型的代表就是E5061B了,包括目前华为仍然在采用E5061B进行这种传统的环路分析测试方法。E5061B目前的市场售价在20万RMB左右。

牛顿的环路分析仪测量方式是基于网络分析仪简化而来的,PSM1735属于该系列中高配的版本,其售价也在20万RMB左右。

关于MSOX3104T的功能相信大家都不陌生吧,更多介绍请移步查看:【触摸、发现、解决】一直被模仿,从未被超越——是德科技MSO-X 3104T示波器测评



虽然看起来仅1/10售价的示波器和昂贵的2台设备对比显得不太公平,但对于工程师而言,需要的是毫不妥协的测量数据准确性。


下面来对几款开关电源产品进行测试数据对比和测试方法说明。。。


。。。。。。。下接第20帖。。。。。。

全部回复(241)
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2017-09-27 15:00
占楼 哈哈
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2017-09-27 15:06
版主,赶紧的啊,正计划买呢
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kzsc20
LV.4
4
2017-09-27 15:19
正准备买环路分析仪器 请联系我15820881016
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副帅
LV.2
5
2017-09-27 15:28
继续啊,版主
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2017-09-27 16:27
@sijieshenhua
版主,赶紧的啊,正计划买呢
买吗?可以私信我哦!
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2017-09-27 16:33
学习
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brsys
LV.7
8
2017-09-27 16:35
@副帅
继续啊,版主[图片]

回贴楼层出错。

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

有空免费帮我测试一下我的一个电源的环路好吗?

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mosker
LV.1
10
2017-09-28 14:46
版主威武!先占一个坑!
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2017-09-28 15:58
期待楼主更新后续测试的说明,以及对比分析。
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2017-09-28 16:02
@brsys
有空免费帮我测试一下我的一个电源的环路好吗?
来吧
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悟今生
LV.5
13
2017-09-28 16:25

    以往我们分析电源环路是否稳定时,需要在不同输入不同输出负载情况下,以及不同瞬态切换时进行验证,可以说是非常费时间又经常遇到困难而裹足不全,专门的环路分析仪价格很高。

    而有了性价比较高带环路分析仪功能的示波器后,将会大大缩短调试时间,而且有助于帮助我们设计出高可靠的电源产品来。

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

是德推出的具备环路分析功能的示波器,不仅价格便宜,而且具备价格昂贵专用环路分析仪的功能,

可以借助示波器和附件方便的测量出来电源是否能稳定的工作,进而采用很少的时间就能设计完美的电源产品,可以说是电源工程师的福音。

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Nober
LV.2
15
2017-09-28 21:53
@javike
来吧
我们公司研发大功率电源的,现在正在进行系统建模和稳定性分析,工作确实难度和时间占用较大。想问下,环路分析仪能够用在大功率电源设备系统环路分析上吗?输入信号隔离,输出信号也隔离,然后高压主电路强电工作,数字控制器采样输入信号,控制主电路工作,这样应该可以测出系统环路吧?
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2017-09-29 11:33

看了楼主的环路分析贴,对是德科技的3000T的示波器的功能,我有几个疑问,还望解答:

1、此环路分析仪器有没有小电流分析、大电流分析的功能?

2、能不能做拉普拉斯变换、复频域变换?

3、能否生成波特图和根轨迹图?

此外,该产品售价仅1/10,在功能的精确度上能否有保障呢?是如何做到的,采用的什么独特的策略?

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2017-09-29 11:51
@Nober
我们公司研发大功率电源的,现在正在进行系统建模和稳定性分析,工作确实难度和时间占用较大。想问下,环路分析仪能够用在大功率电源设备系统环路分析上吗?输入信号隔离,输出信号也隔离,然后高压主电路强电工作,数字控制器采样输入信号,控制主电路工作,这样应该可以测出系统环路吧?
环路分析不受功率限制,也就是可以适用于任何功率等级的电源测量
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2017-09-29 11:56
@王成美业
看了楼主的环路分析贴,对是德科技的3000T的示波器的功能,我有几个疑问,还望解答:1、此环路分析仪器有没有小电流分析、大电流分析的功能?2、能不能做拉普拉斯变换、复频域变换?3、能否生成波特图和根轨迹图?此外,该产品售价仅1/10,在功能的精确度上能否有保障呢?是如何做到的,采用的什么独特的策略?

1.不知道你说的小电流和大电流分析指的是什么,如果只是测量,当然是没有问题的

2. 拉普拉斯变换建议采用是德科技的MSOX6004A示波器进行,同时,该款示波器也具备环路分析的功能。

3. 波特图是必然具备的。

精度上请关注我后面的实测数据。

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lixue2017
LV.1
19
2017-09-29 12:29
@javike
1.不知道你说的小电流和大电流分析指的是什么,如果只是测量,当然是没有问题的2. 拉普拉斯变换建议采用是德科技的MSOX6004A示波器进行,同时,该款示波器也具备环路分析的功能。3.波特图是必然具备的。精度上请关注我后面的实测数据。
DSOX4024A型号的示波器有环路分析功能吗?我记得查过,没有!是否还能升级一下,带有环路分析功能。示波器这些功能说明书随机没有,有个光盘,还没看过,是不是都在这个光盘里面。
1
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2017-09-29 12:32

。。。。。。上接第1帖。。。。。


首先来测一款BUCK控制器:

5V USB输入,3.3V输出的小功率BUCK


关于接线方式可以在示波器中直接查看和编辑。




先看看MSOX3104T实测的数据:


MSOX3104T示波器测得的穿越频率为39.67KHz,相位裕量为65.50度


再来看看传统的网络分析仪测量的数据:


E5061B网络分析仪测得的穿越频率为39.462344KHz,相位余量为66.424度。



再来看看专业的环路分析仪测得的数据:


PSM1735测得的穿越频率为39.40KHz,相位裕量为65.0度。


整理做个小结:


首先,从数据上来看,MSXO3104T的测量数据准确度完全可以媲美专业的环路分析仪和传统的网络分析仪。


另外,做这个对比测试非常花费时间,不得不吐槽一下:

在操控上,MOSX3104T优势太明显了,分分钟搞定的节奏。

然而传统的网络分析仪E5061B调用环路分析这个功能就需要进入很多的子菜单中做很多的设置,同时,注入电压是以dB为单位的,还需要转换一下,折腾下来快也要好几分钟,不熟悉得搞半个小时的节奏

再说说专业的环路分析仪PSM7135,调用和设置也是很麻烦,更痛苦的是黑白的显示对比度太低了,没有USB接口存储截图甚是不便也就算了,显示屏用手机无法拍清楚的节奏,目前看到的清晰图的亮度是用单反进行HDR曝光合成拍出来的。

另外,传统的网络分析仪E5061B和专业的环路分析仪PSM7135都无法查看注入的信号,这也导致环路分析的一个很关键的参数不能直观的判定,那么,对于环路测试时,注入信号的幅度设置多少为合适呢?(请看后续的测评和解析)





。。。。。。下接第69帖。。。。。


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2017-09-29 12:33
@lixue2017
DSOX4024A型号的示波器有环路分析功能吗?我记得查过,没有!是否还能升级一下,带有环路分析功能。示波器这些功能说明书随机没有,有个光盘,还没看过,是不是都在这个光盘里面。
DSOX4024A是具备环路分析功能的,可能是你的没有这个选件,需要升级一下。
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2017-09-29 13:28
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先来测一款BUCK控制器:[图片]5VUSB输入,3.3V输出的小功率BUCK关于接线方式可以在示波器中直接查看和编辑。[图片]先看看MSOX3104T实测的数据:[图片]MSOX3104T示波器测得的穿越频率为39.67KHz,相位裕量为65.50度再来看看传统的网络分析仪测量的数据:[图片]E5061B网络分析仪测得的穿越频率为39.462344KHz,相位余量为66.424度。再来看看专业的环路分析仪测得的数据:[图片]PSM1735测得的穿越频率为39.40KHz,相位裕量为65.0度。整理做个小结:[图片]首先,从数据上来看,MSXO3104T的测量数据准确度完全可以媲美专业的环路分析仪和传统的网络分析仪。另外,做这个对比测试非常花费时间,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T优势太明显了,分分钟搞定的节奏。然而传统的网络分析仪E5061B调用环路分析这个功能就需要进入很多的子菜单中做很多的设置,同时,注入电压是以dB为单位的,还需要转换一下,折腾下来快也要好几分钟,不熟悉得搞半个小时的节奏[图片]再说说专业的环路分析仪PSM7135,调用和设置也是很麻烦,更痛苦的是黑白的显示对比度太低了,没有USB接口存储截图甚是不便也就算了,显示屏用手机无法拍清楚的节奏,目前看到的清晰图的亮度是用单反进行HDR曝光合成拍出来的。另外,传统的网络分析仪E5061B和专业的环路分析仪PSM7135都无法查看注入的信号,这也导致环路分析的一个很关键的参数不能直观的判定,那么,对于环路测试时,注入信号的幅度设置多少为合适呢?(请看后续的测评和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。
学习来的
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l451060697
LV.2
23
2017-09-29 13:55
环路分析法是不是自动控制原理中建立传递函数,然后通过伯德图来观察相关的响应曲线, 增益大小?看文中说3000T系列具有高端的环路分析功能,这个高端主要是指什么?因为单纯从课本上的知识来说,建立模型后的伯德图应该都是差不多的?还有售价比市面的上某些产品要便宜,会不会牺牲掉精度或者其余相关参数来达到节约成本的问题?
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feiyangziwo
LV.4
24
2017-09-29 18:23

看了上面的评测,看到了是德在为工程师们一直谋求福利,使得我们可以低成本享受高级服务,减轻了我们以前的工作量,以前是通过不停的修改输入频率去测试系统的相应,最终的出来系统的波特图,如果环路不理想修改一个参数还得重复一次相同的工作,耗时还耗费资源。。

在看了测试以后我有些疑问:

1,在隔离型的开关电源上在前期建模的时候由于不同的变压器存在的寄生电容和电感不一样,是否也需要进行不同的电感进行测试呢?(主功率回路电感量一样)?

2,示波器的采样频率是多少呢?在现在高开关频率的开关电源(开关频率》3MHz)的测试频段到1.5G。是否能够满足?

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liuyang6666
LV.1
25
2017-09-29 19:03
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先来测一款BUCK控制器:[图片]5VUSB输入,3.3V输出的小功率BUCK关于接线方式可以在示波器中直接查看和编辑。[图片]先看看MSOX3104T实测的数据:[图片]MSOX3104T示波器测得的穿越频率为39.67KHz,相位裕量为65.50度再来看看传统的网络分析仪测量的数据:[图片]E5061B网络分析仪测得的穿越频率为39.462344KHz,相位余量为66.424度。再来看看专业的环路分析仪测得的数据:[图片]PSM1735测得的穿越频率为39.40KHz,相位裕量为65.0度。整理做个小结:[图片]首先,从数据上来看,MSXO3104T的测量数据准确度完全可以媲美专业的环路分析仪和传统的网络分析仪。另外,做这个对比测试非常花费时间,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T优势太明显了,分分钟搞定的节奏。然而传统的网络分析仪E5061B调用环路分析这个功能就需要进入很多的子菜单中做很多的设置,同时,注入电压是以dB为单位的,还需要转换一下,折腾下来快也要好几分钟,不熟悉得搞半个小时的节奏[图片]再说说专业的环路分析仪PSM7135,调用和设置也是很麻烦,更痛苦的是黑白的显示对比度太低了,没有USB接口存储截图甚是不便也就算了,显示屏用手机无法拍清楚的节奏,目前看到的清晰图的亮度是用单反进行HDR曝光合成拍出来的。另外,传统的网络分析仪E5061B和专业的环路分析仪PSM7135都无法查看注入的信号,这也导致环路分析的一个很关键的参数不能直观的判定,那么,对于环路测试时,注入信号的幅度设置多少为合适呢?(请看后续的测评和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。

不错,测试的准确度还是可以的。这个测试的数据最后能都导出来吗?有软件可以编辑数据吗

希望测评贴在写得详细一点,如直流是怎么接线的,交流怎么测试,中间是否需要隔离,原理图及测试节点

示波器探头是不是得用差分的隔离下

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一川
LV.2
26
2017-09-29 23:26
看测评帖中,专用网络分析仪和牛顿环路分析仪都挺贵的,体积还大。采用集成到示波器内的环路分析功能,无疑价格相比很便宜,而且还有示波器和环路分析仪的功能。跟专业的相比,应该有所差距,不过不影响咱们工程师设计调试。
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OnLy_you
LV.3
27
2017-09-30 00:12
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先来测一款BUCK控制器:[图片]5VUSB输入,3.3V输出的小功率BUCK关于接线方式可以在示波器中直接查看和编辑。[图片]先看看MSOX3104T实测的数据:[图片]MSOX3104T示波器测得的穿越频率为39.67KHz,相位裕量为65.50度再来看看传统的网络分析仪测量的数据:[图片]E5061B网络分析仪测得的穿越频率为39.462344KHz,相位余量为66.424度。再来看看专业的环路分析仪测得的数据:[图片]PSM1735测得的穿越频率为39.40KHz,相位裕量为65.0度。整理做个小结:[图片]首先,从数据上来看,MSXO3104T的测量数据准确度完全可以媲美专业的环路分析仪和传统的网络分析仪。另外,做这个对比测试非常花费时间,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T优势太明显了,分分钟搞定的节奏。然而传统的网络分析仪E5061B调用环路分析这个功能就需要进入很多的子菜单中做很多的设置,同时,注入电压是以dB为单位的,还需要转换一下,折腾下来快也要好几分钟,不熟悉得搞半个小时的节奏[图片]再说说专业的环路分析仪PSM7135,调用和设置也是很麻烦,更痛苦的是黑白的显示对比度太低了,没有USB接口存储截图甚是不便也就算了,显示屏用手机无法拍清楚的节奏,目前看到的清晰图的亮度是用单反进行HDR曝光合成拍出来的。另外,传统的网络分析仪E5061B和专业的环路分析仪PSM7135都无法查看注入的信号,这也导致环路分析的一个很关键的参数不能直观的判定,那么,对于环路测试时,注入信号的幅度设置多少为合适呢?(请看后续的测评和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。
J版的多种仪器分析,拿数据说哈,说明是德的这一技术还是值得肯定的,国内的某些示波器厂家也尝试搞这一技术,但相差甚远,还是皮毛。主要测试原理利用信号的叠加特性,输入不同频率的正弦波,模拟干扰信号,测试输出调节结果,来比较相位差和增益比值,来评估系统的稳定性。
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飘飘飘
LV.6
28
2017-09-30 08:31
@一川
看测评帖中,专用网络分析仪和牛顿环路分析仪都挺贵的,体积还大。采用集成到示波器内的环路分析功能,无疑价格相比很便宜,而且还有示波器和环路分析仪的功能。跟专业的相比,应该有所差距,不过不影响咱们工程师设计调试。
进来学习的。
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李大锤
LV.2
29
2017-09-30 09:51
@javike
。。。。。。上接第1帖。。。。。首先来测一款BUCK控制器:[图片]5VUSB输入,3.3V输出的小功率BUCK关于接线方式可以在示波器中直接查看和编辑。[图片]先看看MSOX3104T实测的数据:[图片]MSOX3104T示波器测得的穿越频率为39.67KHz,相位裕量为65.50度再来看看传统的网络分析仪测量的数据:[图片]E5061B网络分析仪测得的穿越频率为39.462344KHz,相位余量为66.424度。再来看看专业的环路分析仪测得的数据:[图片]PSM1735测得的穿越频率为39.40KHz,相位裕量为65.0度。整理做个小结:[图片]首先,从数据上来看,MSXO3104T的测量数据准确度完全可以媲美专业的环路分析仪和传统的网络分析仪。另外,做这个对比测试非常花费时间,不得不吐槽一下:在操控上,MOSX3104T优势太明显了,分分钟搞定的节奏。然而传统的网络分析仪E5061B调用环路分析这个功能就需要进入很多的子菜单中做很多的设置,同时,注入电压是以dB为单位的,还需要转换一下,折腾下来快也要好几分钟,不熟悉得搞半个小时的节奏[图片]再说说专业的环路分析仪PSM7135,调用和设置也是很麻烦,更痛苦的是黑白的显示对比度太低了,没有USB接口存储截图甚是不便也就算了,显示屏用手机无法拍清楚的节奏,目前看到的清晰图的亮度是用单反进行HDR曝光合成拍出来的。另外,传统的网络分析仪E5061B和专业的环路分析仪PSM7135都无法查看注入的信号,这也导致环路分析的一个很关键的参数不能直观的判定,那么,对于环路测试时,注入信号的幅度设置多少为合适呢?(请看后续的测评和解析)。。。。。。下接第69帖。。。。。
对于我在的小公司做电源,由于经费有限,买不起昂贵的专业分析仪,做电源一直走着业余的路子,环路补偿问题基本上都是靠经验去解决,只能通过小批量试产去确认所做的设计的环路是否稳定。如果是德科技真的能把高端的分析仪用如此低廉的价格引入到示波器中真是我们这些小公司的福音。接线方式可以在示波器中直接查看这个功能真的很棒,考虑的非常周全啊,并不是所有的开关电源从业者都很专业,这让我这种没入门的人也有条件去研究一下环路稳定的问题了。
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勇气2015
LV.1
30
2017-09-30 10:11
@飘飘飘
进来学习的。[图片]
最近在做关于反馈方面和回路补偿方面的知识,还有斜率补偿,感觉很难看懂,有时候只是看懂一点点,真正在和其他的工程师交流的时候,发现很多人也都是只知其一而不知其二,很想能彻底搞透这方面的知识。
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gordonmoon
LV.2
31
2017-09-30 11:39
我们在实际的应用过程中多采用电子负载对开关电源产品进行不同电压或电流下的工作状态进行测试,测试比较简单,对于单位日常性的检测都能够满足;但是对于我们技术研发部门来说就相对简单,以前都是初步测试之后在外面专业测试机构测试,效率低;看到这篇文章感觉受益匪浅,下一步申请购买环路分析的设备已加强技术升级!
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