【導讀】電源是所有電子產(chǎn)品和設備的能量供應站,若是電源本身存在缺陷,提供能量就會出現(xiàn)毛病。例如,在電源技術和應用中電源瞬態(tài)響應容易被忽略,那么,應該怎樣去檢查和改進呢?
如果用示波器對直流電源的輸出電壓進行監(jiān)測,這樣有明顯電壓跌落的波形是不是經(jīng)常會看到?
這是任何電源都存在的正?,F(xiàn)象。當負載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間,就會造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設定值。這個示波器屏幕的截圖(圖1),就是當我的一個電源的負載電流,從1mA 瞬間變化到500mA時, 輸出電壓經(jīng)歷了約30uS 瞬間變化。
我們通常稱之為電源的負載瞬態(tài)恢復時間,或者瞬態(tài)響應時間。它表征的是,當負載電流發(fā)生突然變化的時候,電源電壓恢復到設定范圍內(nèi)所需要的時間。如圖2所示:
在表征電源的瞬態(tài)響應,我們會考慮三個方面:
1. 負載的幅度變化,例如,負載從全負載的50%, 跳變到100%負載。對于最大10A輸出電流的電源,就是負載的電流從5A跳變到了10A。
2. 電源從開始變化開始,恢復到負載改變前設定電壓的一定范圍之內(nèi)。需要注意的是,由于負載的改變和電源的負載效應雙重影響,電源電壓不可能回到負載改變前的值。通常會定義一個電壓范圍,例如恢復到負載改變前電壓的±20mV之內(nèi),或 ±0.1% 之內(nèi)。
3. 瞬態(tài)響應時間就是電壓恢復指定電源范圍內(nèi)需要的時間值。
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直流電源的瞬態(tài)響應時間快慢和跌落的幅度不盡相同。例如,安捷倫N6705B直流電源分析儀中所用的高性能模塊N675xA, 瞬態(tài)響應指標如下:
如果電壓瞬態(tài)響應能力較差,導致電壓跌落/過沖時間過長,幅度過大,直接會造成很多問題。 特別是對于不??焖僮兓呢撦d,如手機、Wifi、無線傳感器等這些無線通信的設備和器件, 其變化速度可能已經(jīng)超過電源的瞬態(tài)響應能力,就會使電源電壓無法達到其設定值,甚至還會造成被測件的自動關機或重復啟動。這會讓測量無法正常進行。因此,如果有這種應用,就必須考慮采用一個更快響應能力的電源。
大部分直流電源的瞬態(tài)電壓過沖或跌落幅度不被表征或定義, 這是由于該參數(shù)很大程度上取決與負載的特性。 通常情況下,這個值會小于1V。 但市面上有些電源的瞬態(tài)響應時間過長,如果處理不好,在負載、電源及導線共同影響下, 過沖電壓可能會達到1-4V。
為了減小瞬態(tài)電壓變化幅度,可以采用在電路中并聯(lián)一個大電容的方式,平滑電壓的跌落或過沖幅度,但這也會導致瞬態(tài)響應時間更長,如圖4所示。
在加入電容后,對提升電路的瞬態(tài)響應能力,往往會起到比較明顯的效果。如圖4所示的,我們在用一個通用電源測量GSM手機脈沖電流,在沒有并聯(lián)電容的時候,瞬間電源跌落會達到0.6V (見圖4左). 對于一個工作在3.8V的手機來說,這樣大的電源跌落足以造成手機自動關機。當我們并聯(lián)了一個2000uF的電容后,電源跌落降到了0.2V以下,得到明顯改善,見圖4右所示(圖中,黃色曲線為電壓,綠色曲線為電流)。
1. 使自動測試系統(tǒng)的速度下降
2. 降低電流的測量精度
3. 占用測試夾具的內(nèi)部空間
4. 影響開關的壽命
這也是類似手機等通信設備測試時采用象66300通信電源這樣具備快速電壓瞬態(tài)響應能力的電源的最突出原因之一。
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