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開關(guān)穩(wěn)壓器中負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的探討、測(cè)量方法

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1291次  |  2020年05月03日  

接著說(shuō)明“開關(guān)穩(wěn)壓器的評(píng)估”第3項(xiàng)“負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的探討、測(cè)量方法”。


何謂負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)是指針對(duì)急劇負(fù)載變動(dòng)的輸出響應(yīng)特性,也就是說(shuō),下降或上升的輸出電壓返回到設(shè)定值為止的時(shí)間或波形。與負(fù)載調(diào)節(jié)不同,如文字所述為瞬態(tài)狀態(tài)的特性。英語(yǔ)是Transientresponse(瞬態(tài)響應(yīng)),具體現(xiàn)象以下圖說(shuō)明。


由左圖波形中可知,負(fù)載電流(下方波形)以上升時(shí)間(tr)1μsec之高速?gòu)牧闵仙O鄬?duì)的,輸出電壓(上方波形)因電壓瞬間下降后急速上升,稍微超過(guò)原本恒定時(shí)的電壓再下降,呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。此外,想必也可知道負(fù)載電流急劇下降時(shí)會(huì)產(chǎn)生此相反之反應(yīng)。


簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),負(fù)載上升時(shí)迫切需要電流,因輸出來(lái)不及供給電流故電壓會(huì)下降。為使已下降的電壓返回至設(shè)定值,輸出須供給好幾次周期的最大電流,然而一供給過(guò)多的話電壓會(huì)上升一些,于是這次又降低電流供給來(lái)配合設(shè)定值。對(duì)此,在某程度上請(qǐng)視為正常的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。有其他因素或異常時(shí),除了此現(xiàn)象外也可包含其他現(xiàn)象。


所謂理想的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng),意指針對(duì)負(fù)載電流的變動(dòng)以短暫的開關(guān)周期(短時(shí)間)進(jìn)行反應(yīng),將輸出電壓的下降(上升)設(shè)至最低限度并使其于最低限度的時(shí)間恢復(fù)而穩(wěn)定,總之如圖中須狀波形的瞬態(tài)電壓的發(fā)生會(huì)變得極小且短時(shí)間。


中央的圖表其負(fù)載電流的上升/下降時(shí)間為10μsec、右邊則為100μsec。此例顯示,如果負(fù)載電流變動(dòng)穏定的話,響應(yīng)的軌跡會(huì)變好,輸出電壓變動(dòng)少。但是,實(shí)際上要調(diào)整電路中負(fù)載電流的瞬態(tài)是很困難的。


盡管為此種電源瞬態(tài)響應(yīng)特性,然而基本上可以視為與運(yùn)算放大器的頻率特性(相位裕量和交越頻率)相同。如果電源的控制環(huán)路的頻率特性適當(dāng)且穩(wěn)定的話,可以將輸出電壓的瞬態(tài)變動(dòng)抑制在最小限度。


瞬態(tài)響應(yīng)特性的評(píng)估要點(diǎn)

評(píng)估電源負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)的要點(diǎn)總結(jié)如下。


評(píng)估電源的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的要點(diǎn)


根據(jù)待機(jī)狀態(tài)檢查換醒等針對(duì)急劇負(fù)載電流變動(dòng)的輸出的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度。


需要調(diào)整頻率響應(yīng)特性時(shí)以ITH引腳調(diào)整。


雖然可以從所觀察的波形來(lái)推測(cè)相位裕量或交越頻率,不過(guò)頻率特性解析器(FRA)比較便利。


也須探討是否為正常工作下的響應(yīng)、電感的飽和、限流功能啟動(dòng)等異常。


無(wú)法取得必要的響應(yīng)特性時(shí)應(yīng)探討其他控制方式或頻率、外置常量。


瞬態(tài)響應(yīng)特性的評(píng)估方法具體的評(píng)估方法說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)時(shí)須將可瞬間開關(guān)負(fù)載電流的電路或裝置連接于欲評(píng)估的電源電路輸出,以示波器觀察輸出電壓和輸出電流。如果以實(shí)機(jī)確認(rèn)的話,須使例如CpU等從待機(jī)狀態(tài)移動(dòng)至完全運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),同樣觀察輸出。

上述評(píng)估要點(diǎn)雖然并非無(wú)法從觀察波形推測(cè)相位裕量或交越頻率,不過(guò)作業(yè)相當(dāng)麻煩。最近所謂頻率特性解析器(FRA)的測(cè)量?jī)x器相當(dāng)普及,可以非常簡(jiǎn)單地測(cè)量電源電路的相位裕量或頻率特性,故利用FRA非常有效。


實(shí)際上,如果實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有可以瞬間ON/OFF大電流的適當(dāng)負(fù)載裝置時(shí)則變得簡(jiǎn)單一些,可以使用類似右邊以MOSFET為開關(guān)的電路。當(dāng)然,tr、tf有必要確認(rèn)。


負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的實(shí)際和調(diào)整例

開關(guān)穩(wěn)壓器ICC具備調(diào)整響應(yīng)特性的引腳多有ITH稱呼。在IC技術(shù)規(guī)格所示的應(yīng)用電路中以其條件提示連接于適當(dāng)ITH引腳的電容器或電阻的常量和構(gòu)造成。基本上須以其為始點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整使實(shí)際制作的電路滿足要求。首先,最好應(yīng)該固定電容器,變更電阻值。


此次以下列“BD9A300MUV”為例,ITH引腳的電容器固定后調(diào)整電阻值,并以示波器的波形及FRA的頻率特性解析圖來(lái)表示負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性如何變化。


①R3=9.1kΩ、C6=2700pF(推薦常量下大致適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)和頻率特性)


②R3=3kΩ、C6=2700pF


※帶寬因減少R3的電阻值而變窄,負(fù)載響應(yīng)惡化。


工作本身沒(méi)有問(wèn)題,但相位裕量過(guò)度。


③R3=27kΩ、C6=2700pF


※帶寬因增加R3電阻而變寬,負(fù)載響應(yīng)變好,


不過(guò)電壓變動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生鈴響(波形擴(kuò)大部)。


相位裕量,有可能會(huì)因擾動(dòng)而發(fā)生異常振蕩。


④R3=43kΩ、C6=2700pF


※而且一增加R3的電阻值便會(huì)發(fā)生異常振蕩。


以上是ITH引腳的響應(yīng)特性的調(diào)整例。基本上無(wú)法完全消除發(fā)生于輸出電壓的電壓瞬態(tài),因此須進(jìn)行調(diào)整來(lái)使其反應(yīng)對(duì)于供電電路工作不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。


關(guān)鍵要點(diǎn):


?瞬態(tài)負(fù)載種類視電路而定,電源的響應(yīng)也各有不同,故有必要配合條件調(diào)整。


?主要采取調(diào)整IC的瞬態(tài)響應(yīng)特性的方法,不過(guò)也可通過(guò)緩和負(fù)載瞬態(tài)來(lái)對(duì)應(yīng)。


?環(huán)路穩(wěn)定性一低便會(huì)發(fā)生振蕩等異常現(xiàn)象,故觀察輸出電壓波形是不可或缺。


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