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未解决

simplis 软件仿真开关电源环路,波特图测量探头使用疑问

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UpByUp
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LV2
本网技师
  • 2018-4-18 14:34:09
10问答币
在使用 simplis 软件仿真开关电源的环路时,波特图测量探头的配置如下,
(注意其中相位 Phase 一栏选择的是 Phase,不是 Phase - 180 degrees)


闭环条件下仿真测量出的开环传递函数波特图如下:
(留意下图左上角的穿越频率,相位裕度,增益裕度,这是我打开波形的自动测量显示出来的)


暂且先不管环路系统的幅频和相频特性是否好坏,只单纯的提问:


1. 上面的波特图的相位裕度真的是+26.6度吗?我用游标测量到上图波形中+26.6度是相位曲线中的相位值,
     应该不是相位裕度,相位裕度不是180+26.6=206.6度吗?
2. 第一图波特仪配置,相位我选择的是Phase,不是Phase -180 。这个Phase -180 有何含义,测量
    换算的是什么相位值? 如果本意是代表相位裕度,选择此项可直接从波特图中得出裕度,按理说
    应该是 180 + Phase ,而不是 Phase - 180 吧?例如相位是 -135度,裕量则是180-135=45度。
    还是我理解错了 相位裕度的定义?
3. 还是 simplis 软件本身的相位定义不同?


望各位大神能指点迷津!!!感谢!!!


补充:关于第二点,想了下,Phase -180应该就是相位裕度,
         Phase -180 = Phase -180 + 360 = Phase +180​​​​
         可如果 Phase -180 ​代表的是相位裕度,可我 pahse 一栏并没有选择 Phase -180 ,
         选择了 phase 仿真出来的相位曲线仅仅是相位啊,不会是相位裕度​,为什么会和自动测量
         的数据不一致?

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埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-4-19 15:05:47
  • 倒数5
 
好问题,这问题确实头疼。谈谈我的理解:
首先明确一下从闭环拓扑反馈端断开形成的两个节点来看,相位裕量是0dB对应相位减去负360度,比如0dB对应相位是负315度,则—315—(—360)=45度,如果相位达到了360度,就形成正反馈了(幅度相等相位相等),系统开始振荡。
带有补偿网络的误差放大器会产生相位滞后,拓扑输出的LC网络也会产生相位滞后~所以总的相位是滞后的,也就是负值。
有的说法是相位裕量为0dB对应相位减去负180度,这是因为它不算上误差放大器自己带有的负180度~因为误差放大器本身就是负反馈。


现在谈SIMPLIS。
26.6度,我觉得是因为此时SIMPLIS的算法是:相位裕量=0dB对应相位减去0度。
网络分析仪也是这么计算的:



现在打开SIMPLIS的bode plot with measurement对话框:


可以观察到:



phase-180意思就是相位的图像整体减去180度。就是将图像整体下移而已。。。。右边vertical axis就是默认的图像坐标轴范围在正180度到负180度之间。那么现在我们选择这个phase-180,对一个闭环boost电路扫一下环路,看看phase-180选择与否带来的不同的效果:
现在是选择phase的结果:

裕量是20.97度。

phase-180的结果:

这个时候phase-180度时自动计算傻掉了。

个人感觉20.97度——0度,相当于负339.03度——负360度

UpByUp
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LV2
本网技师
  • 2018-4-20 10:38:56
  • 倒数4
 
先在此感谢您的用心回答!!!点到了我自学过程中的疑虑。

我之前在看资料时,一直对资料上将欲量的定义“就是穿越频率点对应的相位值与(-180度)的差” 持怀疑态度,
因为在测量环路响应时(包括仿真),都是在输出端分压电阻支路那注入信号并测量,如下图所示:两节点并没有
跨接补偿网络的误差放大器,也就不能忽视该负反馈的(-180)移相,理应: 欲量 = 穿越频率 - (-360度)



那为什么很多资料都将 欲量定义为与(- 180度)的差?刻意去忽视误差放大器的(-180),
而且这个定义还很普遍,还是说这种定义是基于另外一种环路响应的测试接线方式?或是其他考量?
就算有提及(360度)和(180度),知道(180度)是误差放大器的负反馈因由,但在环路当中还是
将相位与(180度)作比较。


回到 simplis 软件上,相位选择 “Phase”  也不是在波形当中实时显示相位,而是与(360度)进行换算。由于
(360度) = (0度),这种换算也算是一种等值的换算,不改变本身大小,所以软件还是将其定义为 “Phase”。
就像(-315度)=(45度),这种换算可使得在相位曲线上直接读欲量值,又不改变原相位的大小。因为我没有网络分析仪
(太贵,买不起),不过从仁兄提供的图片可推知,应该和 simplis 软件的算法一样,也许这是业界的 “不成文习惯吧”

由于之前一直对 “360度” 和 “180度” 持模棱两可的理解,看到 simplis 软件在相位一栏特意有 “Phase - 180 ” 选项,
更加有疑虑了,仁兄的解答算是给了我明确的判断。既然软件特意增加这个(180度)的偏置,应该是有其特定的
使用场合,可能那种场合选择 “Phase - 180 ”更加方便,不过我不知道

最后,关于simplis 软件功能的问题
      1. 有没有那种能直接测量出零、极点的功能?
      2. 还有在波形图中,光标测量工具真的不好用,也许我还没挖到吧。
      3. 能不能自定义 X轴 的坐标,就像把波特图 X轴,按10Hz、100Hz1KHz10KHz 这样按等比排列下去,
          因为有在资料上看到,在穿越频率处,希望以斜率 -1(-20dB/dec)穿越过去,等比排列 X轴 更方便判断。
      4. 是不是只有反激才注重增益欲量参数,其它拓扑结构(包括DC-DC)就不用去考虑增益欲量呢?

埃_维_针1
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LV8
副总工程师
  • 2018-4-20 13:11:16
  • 倒数3
 
我觉得书本说与负180度相比较是因为针对拓扑功率级(power stage)而言的,这时就把误差放大器给排除在外了,当然补偿也算在拓扑功率级里,意思就是排除误差放大器的180度,拓扑功率级的相位距离360度的正反馈还剩下360-180=180度的裕量,此时就利用补偿网络的零极点去补偿拓扑功率级,比如让功率级的相位是-135度,免得这环节相位达到-180度而导致不稳定了。

SIMPLIS里面,我还真没找到能直接找到零极点的功能,有时候可以直接从伯德图看出来,比如二阶极点会有个尖峰,右半平面零点会导致增益斜率+1而相位却减小90度。。。。要看增益曲线有没有以-1斜率穿越0dB,很简单啊,打开游标:

在增益曲线穿越0dB的地方,左右两边随意放游标,让纵轴差值为20dB,看看横轴差值是不是9k,也就看是不是10倍频程。。比如我这boost就没有按照-1斜率穿过0dB,相位裕量只是20度,整个系统是欠阻尼的响应。。
moneymouse
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LV3
助理工程师
  • 2018-4-23 22:42:27
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相角裕度的定义是到-180度还是0度线的距离,区别在于开环传递函数的公式中是否带负号。
假设变换器的传递函数是H(s),控制器的是G(s),则开环传递函数就是G(s)*H(s)。我们在书本上理论分析时常常直接带入具体的传递函数,然后用-180度来得到相角裕量。
但是因为实际的控制回路中带有比较器,不管是I型II型还是III型补偿,其传递函数G(s)都会自带一个负号。此负号不会影响波特图的Gain,但是会造成Phase偏移180度,由此测出的Phase margin要以0度为参照。换个思路想,信号走一圈回来,那怕衰减得只剩一点点,但是如果相位还是0度,依然能叠加,就会导致不稳。


不必太纠结于有没有这个180度,如果你用实际的环路测试仪测试的话,结果也是以距离0度线来看的。

wang-king
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LV8
副总工程师
最新回复
  • 2018-6-17 22:53:38
  • 倒数1
 
你好,请问你有Simplis软件的安装包么?我找了好久,你能给我放发一份么?或者给个下载链接也行,邮箱wang2732067348@qq.com。非常感谢
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