如何供電、加載、以及測(cè)試電源管理電路(二)

基于不同的考慮有不同電路結(jié)構(gòu)

大多數(shù)直流電源轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)中包含輸入電容和輸出電容，然而電阻Z2表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)。

有些轉(zhuǎn)換器例如升壓轉(zhuǎn)換器，在它的輸入端有一個(gè)電感。一個(gè)典型的例子即美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體LM3481型升壓控制器。它的電路結(jié)構(gòu)中處于輸入端的電感使得輸入電流變化得非常緩慢，由于這種微弱的輸入電流波動(dòng)，因而不需要太大的輸入電容，因此其直流供電也相對(duì)穩(wěn)定。

但是升壓轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)需要大輸入電流，顧名思義，在這種電路結(jié)構(gòu)中輸入電流要比輸出電流大很多。在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，需要對(duì)輸出電容進(jìn)行充電，這就需要在啟動(dòng)過(guò)程中有大的占空比和大輸入電流。

在步降開(kāi)關(guān)模式電源供電中，輸入電流通常比輸出電流要小，對(duì)于步降電源中的輸出電容的充電過(guò)程，其所需的輸入電流比升壓轉(zhuǎn)換器的要小。一個(gè)例子就是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LM5575型的簡(jiǎn)易步降電源開(kāi)關(guān)，它提供了一種可調(diào)的軟啟動(dòng)功能，可以用于降低實(shí)驗(yàn)室電源的啟動(dòng)負(fù)載。

測(cè)試模式下的電路加載

一種簡(jiǎn)單的測(cè)試模式下的被測(cè)電路加載方法就是使用電子式負(fù)載箱，這時(shí)只需要直接調(diào)節(jié)負(fù)載箱的負(fù)載電流，而不需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置合適的電阻，可以通過(guò)增加和減少電阻來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。

盡管如此，對(duì)于許多電源供電測(cè)試來(lái)說(shuō)，電子式負(fù)載箱的電路行為和實(shí)際系統(tǒng)中的負(fù)載是不一樣的，負(fù)載箱中的主動(dòng)控制環(huán)路可以保持恒定的電流，當(dāng)在電路測(cè)試中啟動(dòng)被測(cè)電路后緩慢增加輸出電壓，負(fù)載箱會(huì)改變它的阻抗(圖2中的Z3)持續(xù)下拉電流，有時(shí)這個(gè)阻抗會(huì)非常低，輸出負(fù)載非常高，以至于測(cè)試電路無(wú)法建立起輸出全電壓。大部分的負(fù)載箱也可以設(shè)置成為固定電阻值而不是固定電流值，盡管常常固定電流值會(huì)簡(jiǎn)化測(cè)試。

圖4顯示了一個(gè)降壓穩(wěn)壓器的啟動(dòng)過(guò)程的示波器圖，其中輸出端有活動(dòng)負(fù)載。

圖4

圖5顯示了同樣的啟動(dòng)過(guò)程，不過(guò)其輸出端是純電阻和被動(dòng)負(fù)載。

圖5

在這些啟動(dòng)測(cè)試中，通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)室電源供電按鈕(通道2，紫色)緩慢增加輸入電壓，通道4(綠色)顯示輸出電流是1A,通道1(黃色)顯示被測(cè)電路的輸出電壓，被設(shè)置為5V圖4顯示了當(dāng)活動(dòng)負(fù)載在開(kāi)始調(diào)節(jié)1A電流時(shí)所出現(xiàn)的大的電流尖峰，負(fù)載將電流上拉至1A, 在此過(guò)程中，評(píng)估板(通道1)的輸出電壓被強(qiáng)制為低。

圖5顯示了同樣的啟動(dòng)過(guò)程，不過(guò)用電子式負(fù)載代替了活動(dòng)負(fù)載，使用了5Ω電阻，正如我們所期望的一樣，輸出電流隨著輸出電壓線(xiàn)性增加。

圖6顯示了另一種可能的啟動(dòng)過(guò)程。

圖6

這里使用了一個(gè)電子式負(fù)載，但是采用了電阻模式，通過(guò)設(shè)定5Ω的固定電阻獲得1A的電流，注意此時(shí)的時(shí)間軸被放大，表明在實(shí)際的啟動(dòng)過(guò)程中，開(kāi)始電路并沒(méi)有負(fù)載，只是在60毫秒后負(fù)載才突然應(yīng)用于電路中。

對(duì)于同樣電子式負(fù)載的電路行為則非常微妙，如果不用探針對(duì)輸出電流進(jìn)行測(cè)量，不太可能探測(cè)到其電路行為，啟動(dòng)后，能夠在電子式負(fù)載顯示上看到1A 的電流，在最初的幾毫秒內(nèi)，啟動(dòng)過(guò)程看起來(lái)非常漂亮和干凈，實(shí)際上，在啟動(dòng)過(guò)程中負(fù)載并沒(méi)有應(yīng)用于電路中，但是在一個(gè)較長(zhǎng)的延遲事件后被激活。

原則上，被測(cè)電源管理電路的啟動(dòng)過(guò)程、瞬時(shí)負(fù)載，以及間歇性的短路行為都需要在被動(dòng)負(fù)載條件下被測(cè)試，以便于觀測(cè)真實(shí)的被測(cè)電路行為。因?yàn)槲覀兊哪康牟⒉皇窃u(píng)估活動(dòng)負(fù)載箱的校準(zhǔn)回路。盡管如此，在穩(wěn)態(tài)測(cè)試中，電子式負(fù)載依然可以給我們帶來(lái)很多方便，例如可以改變輸出電流而不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

一般來(lái)說(shuō)，只要實(shí)驗(yàn)室電源供電有足夠的峰值電流能夠給被測(cè)器件上電同時(shí)給負(fù)載供電，就可以在上電之前將被動(dòng)負(fù)載附在被測(cè)電路上，有些被測(cè)電路需要有一個(gè)最小的負(fù)載值用于更好的校準(zhǔn)輸出電壓。

在被測(cè)電路上電后插拔負(fù)載會(huì)給被測(cè)電路帶來(lái)大的瞬態(tài)負(fù)載，這種瞬態(tài)負(fù)載通常會(huì)導(dǎo)致輸出電壓過(guò)沖或者下沖。直流轉(zhuǎn)換器的評(píng)估板一般不會(huì)對(duì)這種大的瞬態(tài)負(fù)載作針對(duì)性的優(yōu)化，因此這種輸出電壓的過(guò)沖很可能會(huì)破壞被測(cè)電路的輸出電容，當(dāng)然這要取決于被測(cè)電路的輸出電壓等級(jí)以及評(píng)估板對(duì)瞬態(tài)負(fù)載的優(yōu)化程度。

評(píng)估板的設(shè)計(jì)往往要考慮以下幾個(gè)因素：尺寸大小，外部器件的成本，輸出電壓波動(dòng)，效率，供電和負(fù)載瞬變以及輸入和輸出電壓范圍。這些設(shè)計(jì)目標(biāo)有時(shí)是互斥的，因此對(duì)于電源的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，相對(duì)于對(duì)被測(cè)電路的輸出電壓電路測(cè)試和插拔負(fù)載測(cè)試來(lái)說(shuō)，對(duì)被測(cè)電路更小的電路瞬態(tài)觀測(cè)其輸出電壓是更省事(懷疑應(yīng)為安全，請(qǐng)確認(rèn))的辦法。

如果沒(méi)有被測(cè)電路的校準(zhǔn)回路，對(duì)電感進(jìn)行充電的能量足以引起大的輸出電壓過(guò)沖，這種情況往往發(fā)生在突然移走負(fù)載，導(dǎo)致被測(cè)電路的輸入電壓過(guò)高而輸出電壓過(guò)低的時(shí)候。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試如何接近真實(shí)的系統(tǒng)

很多實(shí)際的系統(tǒng)往往起電源來(lái)自于很近的本地供電，例如一節(jié)電池綁定直流轉(zhuǎn)換器，這種情況下，供電線(xiàn)很短因此問(wèn)題較少，負(fù)載往往和電源供電離得很近，負(fù)載線(xiàn)很短因此電感值很低，當(dāng)然，也有很多實(shí)際的系統(tǒng)中，電源和直流轉(zhuǎn)換器之間距離很遠(yuǎn)，例如交流變壓器，也有一些系統(tǒng)例如 LED的驅(qū)動(dòng)電路通常其負(fù)載與直流轉(zhuǎn)換器距離很遠(yuǎn)，因此其負(fù)載線(xiàn)更長(zhǎng)，阻抗更高。

總之，盡管存在一些不確定因素，但本文中所描述的所有評(píng)估直流轉(zhuǎn)換器的規(guī)則和方法在實(shí)際的應(yīng)用中是行之有效的。

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