電源設(shè)計中負載瞬態(tài)測試的一些細節(jié)及方法
微處理器和專用集成電路（ASIC）需要低電壓、大電流電源。這些電源通常對輸出電壓偏差有非常嚴格的要求，尤其是對負載瞬態(tài)事件。對設(shè)計人員而言，測試這些電源可能會面臨許多挑戰(zhàn)，并且難以確認是否符合特定規(guī)格。
本文將解答負載瞬態(tài)測試的相關(guān)問題，并介紹可在苛刻條件下簡化測試的一些方法。
為了正確設(shè)計電源，您首先需要了解所有的瞬態(tài)參數(shù)，以及它們?nèi)绾螒?yīng)用于測試。常見的瞬態(tài)參數(shù)包括：
• 負載階躍的大�。ㄒ园才酁閱挝换蛞詽M載的百分比表示）
• 瞬態(tài)事件中的最小負載（有時為零）
• 負載階躍的轉(zhuǎn)換速率（通常以安培每微秒為單位）
• 階躍兩極允許的最大電壓偏差
• 預(yù)計恢復(fù)時間
圖1舉例說明了這些規(guī)格通常是如何被定義的。
圖1：負載瞬態(tài)測量的圖形描述。
了解所有參數(shù)之后，便可嘗試設(shè)計滿足要求的電源了。然而，按上述要求測試成為一大挑戰(zhàn)。輸出電壓為1V，負載階躍為100A，轉(zhuǎn)換速率為1000A/μs的要求并不常見。在大多數(shù)測試情況下，限制因素是被測電源和負載之間的電感。在實際系統(tǒng)中，電源往往正好靠近其供電的負載，從而使寄生電感最小化。
您可以使用多種方法來測試選定電源的負載瞬態(tài)響應(yīng)，但是每種方法各有利弊。這里我將比較以下選項：外部電子負載、外部瞬態(tài)板、場效應(yīng)晶體管（FET）Slammer、板載瞬態(tài)發(fā)生器和基于插座的瞬態(tài)測試儀。
外部電子負載可能是測試瞬態(tài)響應(yīng)最常用和最便捷的方法。大多數(shù)負載具有使您能夠輕松設(shè)置電流等級和轉(zhuǎn)換時間的模式。由于外部接線或?qū)嶋H負載限制，其主要缺點是轉(zhuǎn)換速率有所限制。
外部瞬態(tài)板通�？梢栽谵D(zhuǎn)換速率方面獲得更好的結(jié)果，但這會降低一定的靈活性。根據(jù)設(shè)計的不同，負載瞬態(tài)板可能受限于最大電流、散熱或轉(zhuǎn)換速率。由于瞬態(tài)板屬于外部連接，接線通常是轉(zhuǎn)換速率限制的瓶頸。此外，還需要為每個測試電源調(diào)整或配置電路板。
FET slammer是獲得高速瞬態(tài)結(jié)果的一種快速且簡單的方法。通過電阻器或直接穿過電源的輸出端將金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管從漏極連接到源極，函數(shù)發(fā)生器控制柵極。由于外部接線很少，所以寄生電感大幅降低。
雖然這種方法通�？梢援a(chǎn)生高轉(zhuǎn)換速率，但控制和重復(fù)測試可能有難度。也許需要修改PCB（圖2）。該方法的另一個問題是難以測量實際負載階躍電流，并且測出的數(shù)據(jù)可能不準確。
圖2：具有FET slammer的PCB示例。
測試大電流高速瞬態(tài)性能時，板載瞬態(tài)發(fā)生器將非常實用，可以為特定的負載瞬態(tài)規(guī)格設(shè)計電路。主要缺點是組件會額外產(chǎn)生成本和占用空間。此外，采取多種不同測量可能難以兼具靈活性或比較耗時。
板載瞬態(tài)發(fā)生器的設(shè)計也非常復(fù)雜。它可以像由555定時器控制的電阻和FET一樣簡單，也可以像圖3所示的設(shè)計那樣復(fù)雜。更復(fù)雜的設(shè)計是使用多級和更小、更快的開關(guān)FET，這種設(shè)計可以實現(xiàn)1000A/μs的轉(zhuǎn)換速率。
圖3：復(fù)雜版本的板載瞬態(tài)發(fā)生器。
最后一個選項是使用處理器插座和專門的瞬態(tài)測試儀。這個選項是最昂貴的方法，因為工具本身很昂貴，而PCB的價格也日益上漲，但是可以為一組給定的處理器要求得出最準確的結(jié)果。處理器或ASIC制造商經(jīng)常開發(fā)這類工具，因此這些工具專門用于提供正確的測試條件。
表1總結(jié)了幾種瞬態(tài)測試方法。
表1：不同瞬態(tài)測試方法的比較。
負載瞬態(tài)測試是電源設(shè)計和合規(guī)中非常重要的一環(huán)。測試夾具中的寄生電感可能對實現(xiàn)所需轉(zhuǎn)換速率的能力有負面影響。使用上述方法，能幫助避免這個問題。
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