瞬態(tài)負(fù)載為電力系統(tǒng)提供鍛煉

使用本設(shè)計(jì)實(shí)例中描述的快速動態(tài)負(fù)載來測試電力系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)可以揭示許多關(guān)鍵的運(yùn)行特性?？焖匐娏麟A躍導(dǎo)致的電壓偏差可以提供對穩(wěn)壓器相位裕度的深入了解。此外，對于距離負(fù)載點(diǎn)有一定距離的電源，瞬態(tài)測試可以幫助確定有效的串聯(lián)互連電感、并聯(lián)電容和 ESR。雖然商業(yè)電源的相位裕度通常由供應(yīng)商驗(yàn)證，但添加遠(yuǎn)程感應(yīng)通常會破壞電源的穩(wěn)定性?；ミB電感和負(fù)載電容會在調(diào)節(jié)器控制回路反饋中引入額外的相移，從而影響穩(wěn)定性。

許多工程師已經(jīng)看到了穩(wěn)壓器輸出上的低頻正弦波。

對組裝系統(tǒng)執(zhí)行瞬態(tài)測試可以快速檢查系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。大多數(shù)商用動態(tài)電子負(fù)載的電流轉(zhuǎn)換速率都相當(dāng)慢，這往往會限制它們在測試更快的調(diào)節(jié)器控制回路中的用處，這些調(diào)節(jié)器控制回路通?？梢栽诖筘?fù)載瞬態(tài)后的 50μs 或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。許多大功率系統(tǒng)需要 10A/μs 或更高的電流轉(zhuǎn)換速率。

圖 1是對應(yīng)用說明的改編，有一些顯著的改進(jìn)。最大功率已增加到 150W，專為 3.3V、5V 和 12V 穩(wěn)壓器輸出而設(shè)計(jì)。R1-R3 形成由單個(gè) N 溝道低側(cè) MOSFET 切換的電阻負(fù)載。負(fù)載電阻器的尺寸和填充可以實(shí)現(xiàn)大量可能的負(fù)載組合。

圖1 瞬態(tài)負(fù)載測試儀示意圖

在電路的核心，帶有施密特觸發(fā)器輸入的MOSFET 驅(qū)動器 U1用于驅(qū)動 MOSFET，并與 Q2、R8、R9 和 C3 形成張弛振蕩器。對于所示的組件值，占空比約為 5%，周期時(shí)間為 20ms。具有相對低的占空比允許適度的冷卻解決方案。

R6 和 R7 結(jié)合 MOSFET 的輸入電容 C ISS獨(dú)立調(diào)整上升和下降時(shí)間。根據(jù)所示值，上升和下降時(shí)間約為 1μs。在此壓擺率下，峰值 MOSFET 柵極電流約為 +110/-75mA，遠(yuǎn)低于 U1 的最大額定電流 1.4A?？梢蕴砑?C2 以進(jìn)一步減慢邊緣速率。由于 1μs 的上升/下降時(shí)間和相對較大的柵極電阻器增加了耗散阻尼，MOSFET 柵極開關(guān)諧振不會很顯著。當(dāng) MOSFET 關(guān)閉時(shí)，R4 和 C1 有助于抑制線路諧振。R4 的值由有效線路電感和輸入電容確定。事實(shí)證明，0.5O 的值對于典型的布線場景是有效的。

此實(shí)現(xiàn)的更方便的功能之一是與 DUT 的兩線連接。對于 3.3V 和 5V 系統(tǒng)，包括一個(gè) 12V 升壓轉(zhuǎn)換器來為 MOSFET 驅(qū)動器和柵極供電。不需要其他連接或電源。升壓轉(zhuǎn)換器的輸出可以通過 3.3V 輸入提供大約 350mA 的電流，這可能會限制可提供給 MOSFET 柵極充電的電流量。低 ESR 鋁電容器 C5 提供一些初始柵極充電電流，以實(shí)現(xiàn)更快的電流邊沿速率。對于 12V 操作，可以通過將 C7 替換為 0O 電阻來組裝直接連接版本，禁用升壓轉(zhuǎn)換器。L1 和 D2 上會有一些電壓降，但這不會影響電路的正常運(yùn)行。

整個(gè)電路可以舒適地安裝在 3" × 5" 兩層 PCB 上，包括散熱器和小型 12V 風(fēng)扇。只需連接兩根線，操作非常簡單。

測試儀的引線必須短且電感低，以防止引線電抗產(chǎn)生振鈴。應(yīng)在負(fù)載點(diǎn)或遠(yuǎn)程感應(yīng)位置附近進(jìn)行 DUT 連接。測試儀的公共端和電壓探頭返回引線應(yīng)連接在一個(gè)位置。還應(yīng)選擇此位置以具有返回電源的低阻抗路徑。

按下瞬時(shí)按鈕 PB1 啟動非穩(wěn)態(tài)電路，動態(tài)負(fù)載開始切換。如果需要，可以從外部提供靜態(tài) PSU 負(fù)載。R5 和 J2 為測量脈沖電流提供了一種方便的高帶寬手段。一個(gè)直的 50Ω 同軸電纜可以直接連接到示波器輸入端，用于監(jiān)測 1mV/A 的電流。電壓測量也應(yīng)在負(fù)載點(diǎn)或遠(yuǎn)程感應(yīng)點(diǎn)附近進(jìn)行，并應(yīng)交流耦合到第二個(gè)示波器輸入。電壓探測必須小心。來自遠(yuǎn)處接地/返回引線的探頭電感會導(dǎo)致誤導(dǎo)性測量?？梢栽谔筋^尖端添加一個(gè)小型串聯(lián)電阻(幾歐姆)，還以抑制來自探頭 ESL 的高頻振鈴。