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电源负载瞬态响应测试工具

更新日期: 2023-03-24
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电源电子产品的核心部分,作为一个硬件工程师,当电源完成设计时,对电源做负载瞬态响应测试通常是重要的的测试环节。通常的电子负载都具有瞬态响应测试功能。


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当你手头没有电子负载时,可以自己自制一个简单的测试工具来测量电源的瞬态响应功能。以下是测试方法。

负载瞬变测试工具的核心是单片机控制下的MOSFET功率开关,它以一定的占空比工作在开和关两种状态下,当它与电源的输出端连接在一起时, MOSFET开关控制的负载电阻便时断时续地接入电路中,因此而形成快速变化的负载脉冲。这种方法生成的负载阶跃变化速度很快(约 500ns 上升/下降时间),可以用于任意输出电压电源的测试中。当这样的阶跃负载被施加到电源输出端以后,我们可以通过测量输出电压的波形,对控制回路的稳定性进行分析。

快速变化的负载阶跃可在宽阔的频率范围内对调节器的控制环路构成冲击,假如控制环路的稳定性不足或是处于欠阻尼情况下,它的输出电压波形上就会出现振铃信号。这种方法仅在连续导通模式( CCM)下才是有效的, 因而测试过程中需要避免出现非连续导通模式( PSM),即使是 PSM-CCM 的转换过程也要避免,所以需要将静态负载调节到使系统工作在 CCM 模式下。

下图分别显示了一个很差和一个很好的3.3V/3A 转换器的负载阶跃响应的波形。在第1个图的波形上,电源的输出电压在负载发生跳变后出现了严重的振荡现象,这表示它的控制环路存在明显的稳定性问题。在大多数情况下,这都是由于转换器的环路补偿设置与输出电容的容量不匹配而造成的。

除了环路的稳定性问题以外, PCB 布局中的路径电感、 电源输入端的振荡过程等也会造成类似的的振铃现象。如果我们使用快速负载瞬变测试工具来测试,这些问题都可以很容易地被定位出来。

上图是通过单片机来驱动MOSFET的,MOSFET 的栅极驱动电路是按照开关切换速度大约 为500ns 上升/下降时间设定的,减小或取消 C2 可以提高开关速度。实际的负载电流变化速度还与测试工具和测试对象之间的连线电感的大小有关,当测试电压很低时(如<2V),是使用短而粗的导线来连接工具和测试对象。

JP1~JP7 为跳线器,用来选择需要的脉冲负载电阻。

通过示波器可以测量出电流脉冲的上升和下降时间 。电路在工作时会产生寄生 自感 , 寄生自感是限制电流脉冲上升时间的主要因素,自感状态的公式是:V/L=di/dt.这里V表示所加的电压 , L表示电感值 , di/dt表示电流在每秒钟 的变化率 。如果对电源的负载电流变化率要求越高的话 , 那么要求负载总的自感量越小 ,假定电源电压为3.3V , 10A/ns的di/dt要求负载的总自感不超过0.33mH ,这么低的自感 , 要求选择的负载电阻和合理的电路布局。负载电阻必须是金属氧化物 、碳素薄膜或含其他碳素元件 。可以将多个负载电阻并联 , 将多个电阻并联起来后自感平均到每个电阻上 , 从而使附加自感最小 , 同时它还降低了电流的上升时间 , 任何附加的自感都会导致振铃 , 并且使示波器测量波形变得很困难。

我们可以通过单片机来调节输出PWM的频率和占空比,通过调节这些参数来测试电源的响应能力、当然我们也可以使用NE555来代替单片机来实现同样的功能。


文章出处:【微信公众号:硬件攻城狮】

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