转帖:[容易被忽略的电源瞬态响应]
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如果用示波器对直流电源的输出电压进行监测,这样有明显电压跌落的波形是不是经常会看到?
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这是任何电源都存在的正常现象。当负载吸收电流发生跳变的瞬间,就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。这个示波器屏幕的截图(图1),就是当我的一个电源的负载电流,从1mA 瞬间变化到500mA时, 输出电压经历了约30uS 瞬间变化。
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我们通常称之为电源的负载瞬态恢复时间,或者瞬态响应时间。它表征的是,当负载电流发生突然变化的时候,电源电压恢复到设定范围内所需要的时间。如图2所示:
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在表征电源的瞬态响应,我们会考虑三个方面:
1. 负载的幅度变化,例如,负载从全负载的50%, 跳变到100%负载。对于最大10A输出电流的电源,就是负载的电流从5A跳变到了10A。
2. 电源从开始变化开始,恢复到负载改变前设定电压的一定范围之内。需要注意的是,由于负载的改变和电源的负载效应双重影响,电源电压不可能回到负载改变前的值。通常会定义一个电压范围,例如恢复到负载改变前电压的±20mV之内,或 ±0.1% 之内。
3. 瞬态响应时间就是电压恢复指定电源范围内需要的时间值。
直流电源的瞬态响应时间快慢和跌落的幅度不尽相同。例如,安捷伦N6705B直流电源分析仪中所用的高性能模块N675xA, 瞬态响应指标如下:
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又譬如基本性能高功率电源N5700系列的瞬态响应指标为1ms或2ms
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再有专门给通信设备设计的66300系列通信电源,则具有最快20us的瞬态响应速度
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瞬态电压特性是电源本身固有的特性。 电源内部有很多的储能元件,电压的调整需要从输出回读、比较标准电压、调整开关占空比等一系列过程。提高控制回路的速度,可以提供更短的瞬态响应时间。 但有可能造成输出非常不稳定,甚至出现振荡,就像我在图2中所示的。因此,具备快速瞬态响应能力的电源,通常为了保证输出质量,就必须采用一些更为先进的技术,从而提升了成本和价格。
如果电压瞬态响应能力较差,导致电压跌落/过冲时间过长,幅度过大,直接会造成很多问题。 特别是对于不停快速变化的负载,如手机、Wifi、无线传感器等这些无线通信的设备和器件, 其变化速度可能已经超过电源的瞬态响应能力,就会使电源电压无法达到其设定值,甚至还会造成被测件的自动关机或重复启动。这会让测量无法正常进行。因此,如果有这种应用,就必须考虑采用一个更快响应能力的电源。
大部分直流电源的瞬态电压过冲或跌落幅度不被表征或定义, 这是由于该参数很大程度上取决与负载的特性。 通常情况下,这个值会小于1V。 但市面上有些电源的瞬态响应时间过长,如果处理不好,在负载、电源及导线共同影响下, 过冲电压可能会达到1-4V。
为了减小瞬态电压变化幅度,可以采用在电路中并联一个大电容的方式,平滑电压的跌落或过冲幅度,但这也会导致瞬态响应时间更长,如图4所示。
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在加入电容后,对提升电路的瞬态响应能力,往往会起到比较明显的效果。如图4所示的,我们在用一个通用电源测量GSM手机脉冲电流,在没有并联电容的时候,瞬间电源跌落会达到0.6V (见图4左). 对于一个工作在3.8V的手机来说,这样大的电源跌落足以造成手机自动关机。当我们并联了一个2000uF的电容后,电源跌落降到了0.2V以下,得到明显改善,见图4右所示(图中,黄色曲线为电压,绿色曲线为电流)。
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此外,并联电容的还会带来以下几个方面的影响:
1.使自动测试系统的速度下降
2.降低电流的测量精度
3.占用测试夹具的内部空间
4.影响开关的寿命
这也是类似手机等通信设备测试时采用象66300通信电源这样具备快速电压瞬态响应能力的电源的最突出原因之一。
(转帖结束) 响应速度 与 DCDC芯片设计有很大关系 另外补偿环也很重要,测试过多家多个型号的DCDC-Buck Demo,有好有坏。 讲得很好,第三张图的过冲没看明白,楼主讲一下吧, 本帖最后由 MLD 于 2015-11-14 09:15 编辑
这是凌力尔特公司的芯片:LT1086(5V/1.5A),LT公司的参考电路是用固定负载电阻产生500mA电流作测试(仿真)的,我这里把电流加大到800mA、动态1.3A(约额定的87%,见下图),看上去是不错、、、
liaihua1997 发表于 2015-11-14 09:04
讲得很好,第三张图的过冲没看明白,楼主讲一下吧,
过冲我的理解是"惯性"吧、、、比如你开一台车、要求与另一车保持绝对平行,当那车突然加速又马上刹车停止时,你肯定是开头跟不上、后面又冲过头的状态、、、呵呵! MLD 发表于 2015-11-14 09:31
过冲我的理解是"惯性"吧、、、比如你开一台车、要求与另一车保持绝对平行,当那车突然加速又马上刹车停止 ...
应该是这个意思,瞬态响应时,反馈过度了 这几天正好在考虑这个问题,多谢了!有些问题需要指点一下, 考虑这样几个组合的电源模型:
1. Line--->Transformer&rectifier--->Linear Voltage regulator--->Current regulator(load)
2. Line--->AC-DC---> Current regulator(load)
3. Line--->AC-DC--->DC-DC--->Current regulator(load)
4.Line--->AC-DC---> Linear Voltage regulator--->Current regulator(load)
5.Line--->AC-DC--->DC-DC--->Linear Voltage regulator--->Current regulator(load)
这里的current regulator可以看做是可调的电流源,也可以看做可调电流负载。这几种情况下的负载响应有应该有不同的差别吧?
是不是一般情况下有1应该是最快的?4,5情况下后面的线性稳压使得负载响应也比2,3快些?
如楼上所说,2,3情况下需要如何补偿? liaihua1997 发表于 2015-11-14 09:04
讲得很好,第三张图的过冲没看明白,楼主讲一下吧,
我的理解是输出电压已到达额定值,但是由于调整环路中一些电容的存在,使得调整环路的输出滞后,于是出现过冲。 MLD 发表于 2015-11-14 09:31
过冲我的理解是"惯性"吧、、、比如你开一台车、要求与另一车保持绝对平行,当那车突然加速又马上刹车停止 ...
楼主的比方在确切了,让我茅塞顿开! DevLabs 发表于 2015-11-14 11:29
我的理解是输出电压已到达额定值,但是由于调整环路中一些电容的存在,使得调整环路的输出滞后,于是出现 ...
非常感谢大侠的回答,结合楼主和你的回答终于理解了, 或者用MOS管+电容做个缓起电路,量大的话成本几分钱,效果也蛮好的 接#4楼、、、
其实在上面的波形图里,因为刻度问题,由负载引起的电压波动幅度是多少(mVpp)是看不清楚的、我们应尝试将其细节放大
输出电压波形的局部细节放大:
本帖最后由 MLD 于 2015-11-14 15:53 编辑
即:当负载电流在1.3A到o.3A间变化(变化量=1A)时,输出电压相应的波动幅值约为7mV(p-p)、、、 我们应该注意到的是,在#4楼的电路里,输入电压是毫无波纹的理想电压源,因此上面的数据仍然只是参考,反映不了实际状态、、、 而我们实际上常用的典型电路应该包括有变压器+整流器+滤波器、、、
顶一下楼主 接#16楼、、、
此时的输出电压波形就应该是这样的了:
反馈环路需要有阻尼,不同类型负载也会不同,过快会不稳定,过慢会有过冲,反正设计电源就是不断取舍与折中的过程。 本帖最后由 MLD 于 2015-11-14 19:18 编辑
接#18楼、、、
显然这是滤波的问题,在加入下面的电子滤波器进行加强后,100Hz的残余纹波就应该得到解决:
楼主说的情况经常见到,一直没有认识到其中的问题,学习了
小结:
“瞬态响应”是指在负载电流发生瞬变时,电源的输出电压也能维持在特定容差范围内的能力。“瞬态响应”是稳压电源的一个很重要的参数、、、
对于稳压源、我们希望最好是无论电流如何变化,输出电压都能够纹丝不动的保持不变。由负载引起的电压变化为零,但是这只能是理想状态、、、
实际情况是我们一旦选定了稳压电路的结构形式,那么这台稳压器的性能几乎就定了,剩下的最多就只能是选择优良的元件这条路了、、、
(个人的感觉) MLD 发表于 2015-11-14 19:32
小结:
“瞬态响应”是指在负载电流发生瞬变时,电源的输出电压也能维持在特定容差范围内的能力。“瞬态 ...
我感觉环路补偿,运放参数都会影响瞬态响应,但又不确定(不知道)是怎么影响的。
你对稳压电路结构有什么研究吗?求分享……
PS:ltspice是个好东西。 没有FRA的情况下,这样测也行 瞬态响应和时间要求密切相关的 谢谢 前两天刚看到同事分享的一个案例,DSP28035操作SRAM,在低温-5゜C下经常读错数据。经测量是操作SRAM时电源跌落了,引起数据异常。后来把SRAM电源的电容加大再测试就好了。原来是两个0.1uf并联,把其中一个改成了10uf 好帖!谢谢分享 mark~~~~~~~ 楼主的比方在确切了,让我茅塞顿开!
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