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瞬态响应测试

作者:kefu 发布日期: 2019-05-14 18:23:05
信息摘要:
瞬态响应测试是一项动态的性能测试,为被测电源在2种预定负载条件下,周期性切换,输出保持稳定的能力。对于负载电流的跃变,CV电源将有振铃电压输出,它使电源回馈环失调,形成电压过

瞬态响应测试是一项动态的性能测试,为被测电源在2种预定负载条件下,周期性切换,输出保持稳定的能力。

对于负载电流的跃变,CV电源将有振铃电压输出,它使电源回馈环失调,形成电压过冲及跌落,进而影响设备运行的可靠性,甚至损坏对电压敏感的器件,瞬态响应测试不仅从应用层面评估此项性能,也能从生产层面揭示造成不稳定的关键性缺陷,比如输出电容的ESR,ESL 及容量、反馈环响应时间及相位裕量、系统瞬态最大输出电流等核心信息。

1.2.1.瞬态响应的过程分析

  

 电压过冲与跌落的原理基本一致,为讨论方便,我们只讨论如右图所示的,电流上升引发振铃电压的过程。

  1. 当电流按电流上升率Rate爬升后,由于输出线路感抗及电容ESL的影响,输出电压将与电流爬升波形同步跌落至VESL,形成电压波形的第一个波谷。
  2. 当电流稳定之后,由于输出线路的直流阻抗及电容ESR,电压将恢复到一个低值VESR,形成第一个台阶。

RESR≈ (Va- VESR) /(Ib-Ia

VESL ≈ V–(LESL*Rate + (Ib-Ia)* RESR

LESL ≈ (VESR -VESL) /Rate

  1. 在此期间,电源反馈环处于失调状态,负载拉载电流对输出电容(容值COUT)进行持续放电,此放电时间(TD)即为电源反馈环响应时间,直到电源反馈环开始建立,于是,就形成了电压波形的第二个谷值VC

COUT ≈ TD*I/ (Va - VC)

V≈ Va - Ib * TD / COUT

  1. 当电压从第二个谷值开始爬升时,便是电源以系统最大电流(ISYS)对输出电容进行充电的时刻,此充电过程一直持续到第一个峰值Vd,而充电持续时间为TC,结合前一个充电过程,可知:

(VESR - VC) *TD/I≈ (Vd - VC) *TC/( ISYS -Ib)

ISYS ≈ I* [(Vd - VC) / (VESR - VC) * TC/T+ 1]

  1. 此后,电压波形将呈现阻尼振荡状态,而振荡周期数n越小,便说明电源环路的相位裕量越大,品质越优越。

1.2.2.       瞬态响应测试的基本要求

a)       满量程电流爬升时间

由公式VESL ≈ V–(LESL*Rate + (Ib-Ia)* RESR)可知,电流变化量越显著,电流上升率越高,则电压过冲或跌落的幅度就越明显,测量也就越精确;另外,输出电容充放电过程与感抗对电流变化的响应过程,交织在一起,为将交叉影响减至最低,就要求电流跃变时间越短越好,至少要比被测电源反馈环响应时间快5倍以上。所以瞬态响应测试,对电子负载的速度要求极高,电子负载的速度指标一般用最快满量程电流上升时间来表达,JT631系列电子负载的这一指标为10uS。有人也用电流上升率上限也描述负载的速度,因“电流上升率上限 = 额定电流 / 最快满量程电流上升时间”,所以这一指标在不同额定电流机型之间,不具备可比性。

b)      可编程电流变化率

也正因为电流变化量对瞬态测试的影响极大,为具备测量的客观性,就必须在同样的电流上升率下测试,因此电流变化率的可编程能力就必不可少。

c)      负载D/A调整频率

感抗器件对电流变化过程响应,要求电流平稳连续变化,而负载的电流变化都是通过D/A的数字化处理实现的,因此D/A调整频率直接决定电流波形的平滑程度,影响测量的精度,JT631系列电子负载的D/A调整频率为500KHz。

d)      负载的瞬态数据量测

JT631系列电子负载,创新的支持瞬态数据的初步分析,提供峰值(Vp+)及谷值(Vp-)的测量与实时显示,当设置的电流上升率很高,或ESL非常大时,ESL的影响量超过输出电容充放电的影响量,则Vp+为ESL形成的第一个波峰电平,Vp-为ESL形成的第一个波谷电平(VESL);反之,若设置的电流上升率很低,输出电容很小时,输出电容充放电影响超过ESL的影响,则Vp+为输出电容充电形成的第二个波峰,Vp-为输出电容放电形成的第二个波谷(VC);

如果是前一种情况,则Vp+、Vp-量测值直接反应输出电容的ESL及ESR是否存在不良;如果是后一种情况,则Vp+、Vp-量测值直接反应输出电容的容值是否存在不良,也或者电源的反馈环响应时间是否存在不良。

用户也可以测试先用最高电流变化率去检测ESL及ESR的品质,再较低的电流变化率去检测电容容量及电源反馈环时间的品质。

  1. 其他注意事项

使负载电流变化尽量接近电源额定电流,可以显著提高测量精度,同时要注意瞬态测试的扫描频率不宜太高,以防止电容充放电过程不能达到稳态,而影响测试的准确性。JT631系列电子负载提供创新的变频动态扫描功能(Sweep),帮助用户捕捉最恶劣状况下的扫描频率,并同步捕捉此扫描频率点的电压峰值及谷值。

瞬态响应测试过程中,连接线不仅存在阻抗,而且存在较大的感抗,因此其影响量非常显著,为补偿连接线的影响,建议用户使能电子负载的远端补偿功能。

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