在本期內(nèi)容中，我們將深入介紹負(fù)載瞬態(tài)測試以及簡化復(fù)雜測試的詳細(xì)知識。
微處理器和應(yīng)用特定集成電路 (ASIC) 對電源的要求較為苛刻，需要低電壓、高電流的電源供應(yīng)，并且此類電源通常對輸出電壓偏差有著非常嚴(yán)格的要求，尤其是在負(fù)載瞬態(tài)事件發(fā)生時(shí)。這使得測試此類電源成為設(shè)計(jì)人員面臨的一大挑戰(zhàn)，同時(shí)也增加了確認(rèn)電源是否符合規(guī)范的難度。
在進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)測試之前，我們首先需要了解所有的瞬態(tài)規(guī)格，這有助于我們合理設(shè)計(jì)電源，同時(shí)也能明確這些規(guī)格在測試中的具體應(yīng)用。典型的瞬態(tài)規(guī)格包括：
- 負(fù)載階躍大?。嚎梢砸园才酁閱挝贿M(jìn)行表示，也可以用占滿負(fù)載的百分比來衡量。
- 瞬態(tài)事件期間的負(fù)載：在某些情況下，該值可能為零。
- 負(fù)載階躍的壓擺率：通常以安培 / 微秒為單位，它反映了負(fù)載電流變化的速率。
- 階躍兩個(gè)邊沿支持的電壓偏差：這一參數(shù)體現(xiàn)了電源在負(fù)載階躍時(shí)對輸出電壓穩(wěn)定性的控制能力。
- 預(yù)期恢復(fù)時(shí)間：即電源在負(fù)載階躍后恢復(fù)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)所需的時(shí)間。
下圖展示了通常如何定義這些規(guī)格的示例：
在了解所有規(guī)格之后，我們便可以嘗試設(shè)計(jì)能夠滿足要求的電源。然而，要滿足測試要求往往并非易事。例如，常見的要求可能包括 1V 輸出電壓、100A 負(fù)載階躍和 1000A/μs 壓擺率。在大多數(shù)測試情況下，待測電源和負(fù)載之間的電感成為了限制因素。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了限度地減少寄生電感，電源通常會(huì)緊鄰其所供電的負(fù)載放置。
接下來，我們將比較幾種可用于測試給定電源負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的方法，每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)：
- 外部電子負(fù)載：這可能是測試瞬態(tài)響應(yīng)常用且方便的方法。大多數(shù)負(fù)載都具備可輕松設(shè)置電流電平和轉(zhuǎn)換時(shí)間的模式。但該方法的主要缺點(diǎn)是壓擺率受限，這主要源于外部接線或?qū)嶋H負(fù)載的限制。
- 外部瞬態(tài)電路板：在壓擺率方面，外部瞬態(tài)電路板通常表現(xiàn)更為出色，但靈活性有所降低。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，負(fù)載瞬態(tài)電路板可能會(huì)在電流、熱耗散或壓擺率方面受到限制。由于瞬態(tài)電路板從外部連接，接線通常會(huì)成為限制壓擺率的因素。此外，對于每個(gè)需要測試的電源，都需要對電路板進(jìn)行調(diào)整或配置。
- “場效應(yīng)晶體管 (FET) 沖擊”：這是一種能夠獲得高速瞬態(tài)結(jié)果的快速、直接方法?？梢酝ㄟ^電阻器將金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 從漏極連接到源極，或者直接連接到電源的輸出端，并使用函數(shù)發(fā)生器控制柵極。由于外部接線較少，寄生電感顯著降低。然而，這種方法的測試過程可能難以控制和實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性，可能還需要對印刷電路板 (PCB) 進(jìn)行修改。此外，測量實(shí)際負(fù)載階躍電流存在一定困難，測量值可能不準(zhǔn)確。
- 板載瞬態(tài)發(fā)生器：在嘗試測試高電流、高速瞬態(tài)的性能時(shí)，板載瞬態(tài)發(fā)生器會(huì)非常實(shí)用?？梢园凑沾_切的負(fù)載瞬態(tài)規(guī)格設(shè)計(jì)電路。但該方法的主要缺點(diǎn)是元件會(huì)產(chǎn)生額外成本，并且會(huì)占用一定的空間。此外，靈活進(jìn)行多種不同的測量可能既困難又耗時(shí)。板載瞬態(tài)發(fā)生器的設(shè)計(jì)也可能非常復(fù)雜，它可以像由 555 計(jì)時(shí)器控制的電阻器和 FET 一樣簡單，也可以像下面所示的復(fù)雜設(shè)計(jì)一樣，采用尺寸更小、開關(guān)速度更快的多級 FET，可實(shí)現(xiàn) 1000A/μs 的壓擺率。
- 基于插槽的瞬變測試儀：這是成本的一種方法，原因在于工具本身可能價(jià)格昂貴，而且 PCB 的成本也十分高昂。但對于一組給定的處理器要求，卻可以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。處理器或 ASIC 制造商經(jīng)常開發(fā)此類工具，它們是專為滿足特定的測試條件而構(gòu)建的。
以下表格總結(jié)了不同瞬態(tài)測試方案的特點(diǎn)：
測試負(fù)載瞬態(tài)是電源設(shè)計(jì)和合規(guī)性的重要組成部分。測試裝置中的寄生電感會(huì)阻礙實(shí)現(xiàn)所需的壓擺率。希望本文介紹的各種方法可以幫助您避免這個(gè)問題，從而更有效地進(jìn)行高壓擺率負(fù)載瞬態(tài)測試。
