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储能电源的频率响应分析 (FRA)

2023-11-22 17:19:26

一、背景

       储能电源通过电能转化和存储,把电能保存起来,以便在需要的时候释放出来供电使用的设备。根据其电性质,储能电源可以分为直流储能电源和交流储能电源两种类型。直流储能电源即开关电源,开关电源总是用闭环负反馈来改善开环系统之响应,达到所期望的电源调整率,负载调整率,动态响应要求。系统基本上由误差放大,PWM和电源开关回路,输出滤波器三个主要部分所构成。

直流储能电源.jpg

二、潜在风险

       开关电源的稳定性会受到输入电源、输出负载和温度的影响。其他会影响系统稳定性的各种因素如:元件在长期工作后公差变大,不当的输入滤波器,输出负载电容,开关的杂讯也会影响系统稳定性。

      对于开关电源设计工程师来说,尴尬的莫过于在线路设计完成,投入生产并把货交到客户手上之后,发现他设计的开关电源,是不稳定的,造成必须回收大量已经商品化的产品(例如复印机)。

      如果用几小时去做反馈回路波德图分析(Bode)。提早作分析可以避免潜在的将产品从市场上回收和设计变更的危险。

波德图分析.jpg


三、电源稳定性分析

       研发,设计,和品保工程师必须测定闭回路增益裕量度和相位裕量度,以掌握开关电源(SMPS)、不间断电源(UPS)等产品其的控制回路的稳定度。

       反馈系统的设计影响到很多参数,如调整率,稳定度,及瞬态响应等。开关电源稳定性验证,必须包含输出电压电流在不同的负载件下仍能符合两项原则的要求。


四、反馈回路稳定性分析方法

1、时域分析:

(1)跳载(阶跃,load switching),瞬时加减载观察暂态响应

(2)注入方波,注入方波信号观察输出波形试误(trial-and-error)


2、频域分析:

(1)仿真(Spice),以计算机模拟出波特图观察增益相位余量

(2)频响分析(FRA),是以扫频信号方式真实量测环路中的增益相位余量及波特图分析


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