在實(shí)際設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，反激變換器的設(shè)計(jì)

衡量開關(guān)電源穩(wěn)定性的指標(biāo)是相位裕度和增益裕度。相位裕度是指：增益降到0dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的相位。增益裕度是指：相位為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的增益大小(實(shí)際是衰減)。在實(shí)際設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，只在設(shè)計(jì)反激變換器時(shí)才考慮增益裕度，設(shè)計(jì)其它變換器時(shí)，一般不使用增益裕度。

在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，相位裕度有兩個(gè)相互獨(dú)立作用：一是可以阻尼變換器在負(fù)載階躍變化時(shí)出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)過程;另一個(gè)作用是當(dāng)元器件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，仍然可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。相位裕度只能用來保證“小信號(hào)穩(wěn)定”。在負(fù)載階躍變化時(shí)，電源不可避免要進(jìn)入“大信號(hào)穩(wěn)定”范圍。工程中我們認(rèn)為在室溫和標(biāo)準(zhǔn)輸入、正常負(fù)載條件下，環(huán)路的相位裕度要求大于45°。在各種參數(shù)變化和誤差情況下，這個(gè)相位裕度足以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。如果負(fù)載變化或者輸入電壓范圍變化非常大，考慮在所有負(fù)載和輸入電壓下環(huán)路和相位裕度應(yīng)大于30°。

在接下來的內(nèi)容中，我們將深入探討電源工作過程中異常輸出的測(cè)試方法、測(cè)試條件以及測(cè)試結(jié)果的解讀。通過全面的測(cè)試和分析，我們旨在為電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支持，確保系統(tǒng)在各種負(fù)載變化下都能夠保持穩(wěn)定和可控的輸出狀態(tài)。這些測(cè)試通常是電源集成電路或電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評(píng)估的一部分。以下是這些測(cè)試的主要內(nèi)容：

電壓上升通道和下降通道測(cè)試：

目標(biāo)：評(píng)估電源在電壓上升和下降時(shí)的響應(yīng)特性。

測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試電源在電壓上升和下降通道中是否存在脈沖尖刺(Glitch)以及負(fù)斜率，這些現(xiàn)象可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。

Overshoot 和 Undershoot 測(cè)試：

目標(biāo)：評(píng)估系統(tǒng)在電壓變化時(shí)是否產(chǎn)生超過或低于目標(biāo)值的瞬時(shí)過沖和欠沖。

測(cè)試內(nèi)容：測(cè)量實(shí)際輸出相對(duì)于穩(wěn)態(tài)值的過沖和欠沖幅度，并評(píng)估恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。

波動(dòng)跌落(Dip)、下電跌落(Sag)和過電壓(Surge)測(cè)試：

目標(biāo)：評(píng)估電源在穩(wěn)態(tài)后是否存在波動(dòng)跌落、下電跌落或過電壓。

測(cè)試內(nèi)容：測(cè)量電源在穩(wěn)態(tài)時(shí)的波動(dòng)跌落、下電跌落和過電壓，以及這些現(xiàn)象的幅度和持續(xù)時(shí)間。

這些測(cè)試旨在確保電源在面對(duì)不同工作條件和負(fù)載變化時(shí)能夠提供穩(wěn)定、可靠的電壓輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，電源的性能對(duì)于連接到其輸出的電子設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。通過進(jìn)行這些測(cè)試，設(shè)計(jì)者能夠優(yōu)化電源系統(tǒng)，確保其在各種工作條件下都能夠穩(wěn)定可靠地工作。

測(cè)試目的驗(yàn)證待測(cè)電源在開/關(guān)機(jī)時(shí)，輸出電壓及信號(hào)是否符合規(guī)格要求(考察反饋設(shè)計(jì)是否欠阻尼或過阻尼)：是否有電壓過沖, 是否有電壓回落, 是否有震蕩、震鈴。

輸入：規(guī)格中定義的最小及最大輸入交/直流電壓，最小及最大交流頻率

輸出：規(guī)格中定義的最小及最大輸出負(fù)載

溫度：最低工作溫度，常溫及最高工作溫度

1、測(cè)試步驟

1)依規(guī)格要求設(shè)定最低環(huán)境工作溫度，最小輸入電壓/頻率及最大負(fù)載;

2)以待測(cè)電源提供的各種開/關(guān)機(jī)方式開/關(guān)機(jī)(如AC on/off, Remote on/off), 觀察各路輸出及信號(hào)線狀況并記錄測(cè)試波形(如下圖所示):

電壓進(jìn)入上升通道之前以及電壓下降到10%之后，是否有Glitch(脈沖尖刺)。

"Glitch"是指毛刺，它指的是瞬時(shí)的、短暫的電子或數(shù)字系統(tǒng)中的故障或干擾，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作或不尋常的行為。"glitch"通常描述了一個(gè)短暫的、非預(yù)期的信號(hào)波動(dòng)或系統(tǒng)行為，這種現(xiàn)象可能是由于電磁干擾、電源噪聲、信號(hào)間干擾等原因引起的。

過沖(Overshoot)和下沖(Undershoot)

過沖測(cè)試(Overshoot Testing)：

目標(biāo)：過沖測(cè)試的主要目標(biāo)是評(píng)估系統(tǒng)在輸入信號(hào)發(fā)生快速變化時(shí)是否產(chǎn)生超過目標(biāo)值的瞬時(shí)過沖。

性能評(píng)估：測(cè)試系統(tǒng)在輸入信號(hào)變化時(shí)，是否在達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值之前產(chǎn)生瞬時(shí)過沖。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：對(duì)于控制系統(tǒng)，過沖測(cè)試關(guān)注系統(tǒng)響應(yīng)是否受到適當(dāng)?shù)目刂?，以避免超過目標(biāo)值。

信號(hào)處理：在信號(hào)處理系統(tǒng)中，過沖測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)信號(hào)變化的處理能力。

下沖測(cè)試(Undershoot Testing)：

目標(biāo)：下沖測(cè)試的主要目標(biāo)是評(píng)估系統(tǒng)在輸入信號(hào)發(fā)生快速變化時(shí)是否產(chǎn)生低于目標(biāo)值的瞬時(shí)欠沖。

性能評(píng)估：測(cè)試系統(tǒng)在輸入信號(hào)變化時(shí)，是否在達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值之前產(chǎn)生瞬時(shí)欠沖。

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：對(duì)于控制系統(tǒng)，下沖測(cè)試關(guān)注系統(tǒng)響應(yīng)是否受到適當(dāng)?shù)目刂?，以避免低于目?biāo)值。

信號(hào)處理：在信號(hào)處理系統(tǒng)中，下沖測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)信號(hào)變化的處理能力。

這兩個(gè)測(cè)試都涉及到系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)信號(hào)變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過合理的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制器算法和穩(wěn)定性分析，可以最小化過沖和欠沖的影響，確保系統(tǒng)在面對(duì)快速變化的輸入信號(hào)時(shí)表現(xiàn)穩(wěn)定、可靠。

"Sag" 和"Dip" 是在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中用于描述電壓降低的兩個(gè)術(shù)語，它們通常用來表示瞬時(shí)的電壓下降。盡管它們?cè)谀承┥舷挛闹锌赡鼙挥米魍x詞，但在一些情況下，它們可能具有一些微妙的區(qū)別。

Sag:"Sag" 指的是電壓短暫降低的現(xiàn)象，通常在數(shù)周期內(nèi)可見。Sag 可能是由于電源故障、瞬時(shí)過載、設(shè)備故障或其他突發(fā)事件引起的。它是一種瞬時(shí)的電壓不穩(wěn)定性。一般Sag指電壓跌落低于Vout的5%。

Dip:"Dip" 也是指電壓的短暫降低，與Sag 類似。然而，有時(shí) "Dip" 可能更廣泛地用于表示瞬時(shí)的電壓不穩(wěn)定，包括電壓的短時(shí)降低和波動(dòng)。

"Overshoot"和 "Surge" 的中文分別是 "過沖" 和 "過電壓"。

過沖("Overshoot"):

"過沖" 主要用于描述控制系統(tǒng)、信號(hào)處理等領(lǐng)域中的現(xiàn)象，指的是響應(yīng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)或目標(biāo)值之前，短暫地超過了目標(biāo)值的情況。在電路、機(jī)械系統(tǒng)等方面，也可能用于描述類似的現(xiàn)象。這與控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和響應(yīng)特性有關(guān)。指的是響應(yīng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)或目標(biāo)值之前，短暫地超過了目標(biāo)值的情況。在控制系統(tǒng)中，過度沖過目標(biāo)值可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定或振蕩。

過電壓("Surge"):

"過電壓" 主要用于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，描述電壓瞬時(shí)上升的現(xiàn)象。過電壓可能是由于電源突然斷開、突然的負(fù)載變化、雷擊等原因引起的瞬時(shí)電壓波動(dòng)。這與電力系統(tǒng)中設(shè)備保護(hù)和穩(wěn)定性有關(guān)。通常用于描述電力系統(tǒng)中電源電壓瞬時(shí)上升的現(xiàn)象。這可能是由于電源突然斷開、突然的負(fù)載變化或其他原因引起的瞬時(shí)電壓波動(dòng)。在電力系統(tǒng)中，過沖可能會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成損害，因此在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)通常需要采取措施來抑制過沖。

3)依次改變測(cè)試條件(輸出負(fù)載，輸入電壓/頻率及環(huán)境溫度)，重復(fù)步驟2。

2、判定條件

(1)待測(cè)電源正常開/關(guān)機(jī)且不會(huì)損壞;

(2)各路輸出及信號(hào)線上不可有Glitch出現(xiàn);

(3)各路輸出的Overshoot、Undershoot以及調(diào)整時(shí)間Tr1(包括震蕩/震鈴)符合規(guī)格設(shè)計(jì)要求;

(4)各路輸出及信號(hào)線上Dip/Sag/Surge仍然符合設(shè)計(jì)規(guī)范(如穩(wěn)壓要求及邏輯信號(hào)高低電平規(guī)范)。

3、改善措施

(1)對(duì)Glitch，需要檢查電源內(nèi)部控制芯片的啟動(dòng)時(shí)序;有時(shí)，這一問題也可能是芯片設(shè)計(jì)不良造成;

(2)對(duì)負(fù)斜率的出現(xiàn)：

① 檢查電源內(nèi)部不同電流回路的啟動(dòng)時(shí)序(如風(fēng)扇啟動(dòng))，

② 觀察PWM脈沖變化狀況，以確定是否需要調(diào)整反饋電路;

(3)對(duì)Overshoot及Undershoot，調(diào)整反饋電路的阻尼系數(shù)。

測(cè)試結(jié)果的讀?。赫{(diào)節(jié)好Slew Rate后，按測(cè)試工作表中的測(cè)試項(xiàng)， 打開負(fù)載后，測(cè)試電壓輸出是否過沖。將測(cè)試結(jié)果(過沖電壓Vovershoot、過沖時(shí)間tos)填到表格中。

如何檢測(cè)DC-DC電源模塊穩(wěn)定性?

穩(wěn)定性是衡量DC電源模塊的重要指標(biāo)，電源模塊的穩(wěn)定性直接影響著電源產(chǎn)品和設(shè)備的工作穩(wěn)定性。DC-DC電源模塊的穩(wěn)定性，可以通過檢測(cè)輸出電壓、輸出電流、負(fù)載、波形、效率等參數(shù)來評(píng)估。

1. 靜態(tài)測(cè)試方法

靜態(tài)測(cè)試是通過直流電壓表和負(fù)載電流計(jì)來分別測(cè)試電源的輸出電壓和輸出電流。測(cè)試之前需要讓電源熱穩(wěn)定，待穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試過程中可以改變負(fù)載電流，得到最大輸出電流和輸出電壓。除了輸出電壓和輸出電流，一些靜態(tài)測(cè)試參數(shù)還包括紋波、起伏、波浪、靜態(tài)輸出電壓精度。

2. 動(dòng)態(tài)測(cè)試方法

動(dòng)態(tài)測(cè)試方法主要是檢測(cè)電源的負(fù)載能力。在動(dòng)態(tài)測(cè)試之前需要先設(shè)定測(cè)試時(shí)間和測(cè)試頻率。表征負(fù)載能力的指標(biāo)是負(fù)載能力和負(fù)載能力上升時(shí)間。在動(dòng)態(tài)測(cè)試過程中需要改變測(cè)試負(fù)載的值和頻率，得到正常工作狀態(tài)下的輸出電壓和電流。

3. 測(cè)試負(fù)載測(cè)試方法

首先，設(shè)置測(cè)試負(fù)載，測(cè)試負(fù)載應(yīng)該符合電源的規(guī)格要求。

其次，給電源施加額定電壓，記錄輸出電流和電壓值。

然后，改變測(cè)試負(fù)載的值，再次測(cè)試輸出電流和電壓。

得到不同測(cè)試條件下的輸出電流和電壓值，分析數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較。

除了以上測(cè)試方法，還可以進(jìn)行短路保護(hù)測(cè)試、溫度測(cè)試等，測(cè)試完成后分析數(shù)據(jù)，評(píng)估DC-DC電源模塊的穩(wěn)定性和可靠性。