優(yōu)化電源測(cè)量設(shè)置

問：

如何確保盡可能高效地測(cè)試開關(guān)穩(wěn)壓器？

答：

電路設(shè)計(jì)人員在決定使用某個(gè)特定電源之前，首先會(huì)對(duì)它進(jìn)行仔細(xì)測(cè)試。開關(guān)穩(wěn)壓器IC的數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了整個(gè)電源在實(shí)際應(yīng)用中如何運(yùn)行，以及如何通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試來獲得相應(yīng)特性的有價(jià)值信息。電路仿真（例如LTspice?）很有用，可以幫助優(yōu)化電路。但是，仿真并不能代替硬件測(cè)試。就此而言，寄生參數(shù)要么難以估計(jì)，要么難以仿真。

因此，電源要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行徹底測(cè)試。用于測(cè)試的可以是內(nèi)部開發(fā)的原型，大多數(shù)情況下則是使用相應(yīng)電源IC制造商的現(xiàn)有評(píng)估板。

圖1 用于電源運(yùn)行的連接

連接測(cè)試電路時(shí)，應(yīng)考慮若干事項(xiàng)。圖1所示為測(cè)試設(shè)置的原理圖。被測(cè)電路的輸入側(cè)必須連接到電源，輸出側(cè)連接到負(fù)載。這聽起來微不足道，但有一些重要細(xì)節(jié)必須注意。

盡可能減小線路電感

圖1是用于評(píng)估電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)置原理圖。我們要測(cè)試的是電源電路的行為，而不是測(cè)試板與實(shí)驗(yàn)室電源之間或與輸出端負(fù)載之間的連接線路的影響。為降低這些連接線路的影響，應(yīng)采取兩項(xiàng)重要措施。第一，連接線路應(yīng)盡可能短，短線路的電感值比長(zhǎng)線路低。第二，盡量縮小電流路徑面積可進(jìn)一步降低寄生電感。為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，一個(gè)顯而易見的辦法是使用絞合線。這使得電流路徑面積僅取決于線路長(zhǎng)度和絞合線外皮的厚度。圖2顯示了測(cè)試電壓轉(zhuǎn)換器的連接，其使用絞合連接線來降低線路寄生電感。

圖2 使用短絞合線的實(shí)用操作設(shè)置

在基于開關(guān)穩(wěn)壓器的電源中，輸入側(cè)和輸出側(cè)均有交流電。根據(jù)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入側(cè)可能出現(xiàn)脈沖電流，例如在降壓轉(zhuǎn)換器（降壓控制器）中就會(huì)如此。啟動(dòng)行為以及負(fù)載跳變也需要測(cè)試。在這些工作條件下，測(cè)試設(shè)置中的連接線路也承載交流電。

輸入端增加本地儲(chǔ)能器件

如果要測(cè)試電源對(duì)負(fù)載瞬變的響應(yīng)速度有多快，則被測(cè)設(shè)計(jì)必須提供足夠多的能量。被測(cè)設(shè)計(jì)輸入側(cè)的能量來源不應(yīng)是限制因素。為確保不出現(xiàn)這種情況，建議在電源輸入端放置一個(gè)較大容值的電容，如圖1中的綠色部分所示。它確保負(fù)載瞬變測(cè)試可以正確執(zhí)行。

但是，必須確保電源的后續(xù)使用受到非常明確的條件限制。對(duì)輸入端儲(chǔ)能器件的影響必須有很好的了解，以便可以正確選定電源輸入電容的大小。

還必須考慮圖1中大電容的另一個(gè)方面。如果需要在電源輸入端施加電壓瞬變以測(cè)試相應(yīng)的行為，則此電容會(huì)大大減慢被測(cè)電路經(jīng)受的電壓瞬變。因此，對(duì)于這些測(cè)試，應(yīng)移除該電容。

總之，與電源設(shè)計(jì)相關(guān)的任務(wù)看似簡(jiǎn)單，但有很多事情必須考慮，例如將電路連接到實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)。被測(cè)電路的電源線以及遠(yuǎn)離被測(cè)電路的電源線需要作為交流電路處理，因此，這些電纜必須很短并絞合，以減小這些連接電纜的寄生電感。對(duì)電路設(shè)計(jì)人員而言，這并不是多余的工作，這樣做會(huì)使測(cè)試結(jié)果接近我們測(cè)試的初衷。如果測(cè)試設(shè)置的影響得以降低，其余結(jié)果將更有價(jià)值。隨著時(shí)間推移，經(jīng)驗(yàn)豐富的電源工程師已開發(fā)出優(yōu)化電路評(píng)估的方法。如果遵循本文中的所有提示，就能順利地完成評(píng)估。

Frederik Dostal就讀于德國(guó)愛爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任多種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。Frederik于2009年加入ADI公司，擔(dān)任歐洲分公司的電源管理技術(shù)專家。

Frederik Dostal該作者的其他文章：FPGA的電源管理第52卷，第1期