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电源测试系列之输出动态响应(Output Dynamic Response Test)

2016/3/28 21:12:46      点击:

测试目的

    验证待测电源在输出负载动态变化时,输出电压及信号是否符合规格要求:
    - 电压波动范围,
    - 瞬态响应能力。


测试条件及示意图
    - 输入:规格中定义的最小及最大输入交/直流电压,最小及最大交流频率
    - 输出:规格中定义的动态负载电流条件及规格所允许的最小电容负载
    - 温度:最低工作温度,常温及最高工作温度
    - 示波器采样方式:一般设为Sample或Hi-res模式
电源测试系列之输出动态响应(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)
负载设置(如图示)
    - 依规格要求设定负载电流的起、止点,负载电流的上升、下降速率(Slew Rate)及负载电流的变化周期;
    - 开机后按规格要求,调整负载电流的变化周期(通过改变t1,t2)。
电源测试系列之输出动态响应(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)

测量波形数据
    如下图中的各项数据:

    - 电压值:Vo-max, Vovershoot, Vo-stable1, Vo-stable2, Vo-undershoot, Vo-min,

    - 响应时间:tR1,tR2

    - 参考值:t1, t2,Iomax,Io-min;或负载占空比,频率,Iomax,Io-min;电源测试系列之输出动态响应(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)
测试步骤
    1)设定最低环境工作温度,最小输入电压/频率;对需做动态响应测试的输出,依规格要求设定其负载电流的起、止点,负载电流的上升、下降速率(Slew Rate)及负载电流的变化周期;其他输出负载按照Regulation Table要求设定;
    2)开机后按规格要求,调整负载电流的变化周期(t1,t2),观察输出波形的变化;
    3)记录使Vo-max、Vovershoot、Vundershoot及Vo-stable1最大,Vo-min及Vo-stable2最小的测试条件, 测量输出电压的各对应值及输出响应时间,并保存波形;
    4)在步骤3的动态电流的变化周期下,改变其他输出负载条件,使Vo-max、Vovershoot、Vundershoot及Vo-stable1最大,Vo-min及Vo-stable2最小,测量并记录相应数据;
    5)以步骤3及4找到的最差负载条件为负载,以待测电源所提供的各种开机方式开机(如AC on, PS_ON on);
    6)依次改变测试条件(动态负载起始点,输入电压/频率及环境温度),重复步骤2、3、4、5;
    7)同样方法测试其他输出动态响应。

判定条件 
    各输出测量值符合规格要求:
    - 不能有震铃(Ringing, 反馈回路欠阻尼)现象,
    - 待测电源不可以损坏(Damaged/Broken down),
    - 待测电源不可以工作不稳定,甚至关机(Shut down),

    - 响应时间符合要求。


* 判定图例 1
    如下图中的各输出测量值符合规格要求;虽有过阻尼,但可接受;

电源测试系列之输出动态响应(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)
* 判定图例 2
    虽然如下图中的各输出测量值符合规格要求,但反馈回路欠阻尼(不稳定),故不能接受。


电源测试系列之输出动态响应(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)

改善动态响应的对策参考:

   - 适当改善反馈响应速率(如适当减小431上RC电路中的电容量、增加光耦电流、减小电流检测PIN脚上RC电路中的电容值),但需注意噪声、重载开机问题;另外,这一方案也受制于实际设计方案的选择:

    * PWM方式受最大占空比的限制(Flyback:约0.8,单端正激0.5,其他如Push-pull、Half-bridge,Full-bridge等为0.8,Boost为0.9等),因此设计初期最大占空比的选择就应当保留一定的余量;

    * PFM方式也受制于工作频率限制,以免产生噪声或EMI的问题;

    在容许的情况下(较低的电容电压),尽可能让占空比或开关频率在动态情形下逐步增大,以避免如电流应力加大等问题;

   - 增加输出电容容量或并联数量,适当降低输出储能电感的感量

     * 电感中的电流不能突变,这是影响输出动态响应的关键,尤其在CCM模式的时候,因此,适当降低感量可以改善动态响应,但需要考虑轻载时的反馈稳定性问题(CCM转变成DCM会造成系统不稳定)

     * 电容的电流可以突变,因此,可以考虑适当考虑增加电容容量或数量来改善,如果Layout空间允许的话。

    - 采用多个变换器并联方案,但成本会较高,这在电流变化速率要求较高的场合(如CPU供电的3~6相V-core电路);

    - 增加开关频率,以更快的速度传递能量,但需考虑元器件的频率特性、EMC及效率等问题;

   以上的方案在实际应用中,需综合考虑。当然,也可能存在其他的解决方案,有待研究。

附:测试报告表单参考

电源测试系列之输出动态响应(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)