電源系統(tǒng)是整個(gè)電子設(shè)備的基石，一個(gè)電子設(shè)備通常需要一個(gè)或者數(shù)個(gè)電源單元才能支撐其運(yùn)行，因此它決定了整個(gè)系統(tǒng)的完整性和可靠性。
在電源量產(chǎn)時(shí)，我們需要和各種器件離散性做“斗爭(zhēng)”，那么一個(gè)電源是否是穩(wěn)定的、魯棒的？在設(shè)計(jì)電源時(shí)，我們必須要對(duì)其性能做詳盡的測(cè)試和驗(yàn)證。其中包括在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下對(duì)電源進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。
目錄
1、動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試在電源測(cè)試中的重要性
2、如何使用RIGOL的DL3000電子負(fù)載及配套儀器進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)搭建
3、如何對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行特征分析
性能優(yōu)良的電源到底“優(yōu)良”在哪里？
一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)良的電源設(shè)備，具有以下特性：
較好的負(fù)載調(diào)整率和較好的電源調(diào)整率
較好的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)：恢復(fù)時(shí)間快，電壓跌落/過(guò)沖小
其他指標(biāo)，如紋波，效率，啟動(dòng)時(shí)間，輸入浪涌電流，功率因數(shù)等
何為負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)？
動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，包含負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是電源非常重要的指標(biāo)之一。
負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)指的是在恒壓模式下，繼輸出電流規(guī)定大小的階躍變化之后，輸出電壓恢復(fù)到規(guī)定百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)的時(shí)間；或者在恒流模式下，針對(duì)輸出電壓規(guī)定大小的階躍變化，輸出電流恢復(fù)到規(guī)定百分比范圍的時(shí)間。在常見(jiàn)的電源應(yīng)用中，負(fù)載可能存在快速波動(dòng)，此時(shí)能夠保證輸出電壓的穩(wěn)定是電源需要具備的性能之一，而動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試可以較好地評(píng)估電源內(nèi)部穩(wěn)壓控制的穩(wěn)定性。
搭建測(cè)試環(huán)境
-示波器(RIGOL全系列示波器)
-電子負(fù)載(DL3000系列)
-RP系列或PCA系列電流探頭(PCA系列電流探頭需搭配DS/MSO7000、MSO8000系列示波器使用)
-RP系列電壓探頭(如PVP2350)
-符合供電條件的電源
如何操作？
Step1 完成硬件系統(tǒng)連接
-將DUT的輸出端連接在DL3000電子負(fù)載的輸入端子上（注意電源和負(fù)載極性）
-將合適的①電壓探頭并聯(lián)在DUT輸出端，探頭連接到示波器的通道1
-將DUT輸入端與供電電源連接
-用電流探頭②卡在DUT輸出端的地線上，電流探頭連接到示波器的通道2
Step2 設(shè)定參數(shù)
-將DL3000電子負(fù)載設(shè)定為CC（定電流）模式后，按下前面板的[CON]按鈕即選擇Continual模式，此時(shí)屏幕上將會(huì)顯示設(shè)置向?qū)?，如下圖所示
-根據(jù)DUT的額定電流設(shè)定Range、A/B值和斜率、頻率
設(shè)置向?qū)疽?
-配置完成后點(diǎn)按[應(yīng)用]使設(shè)定值生效
-將示波器通道1（電壓探頭監(jiān)測(cè)通道）設(shè)定為AC耦合，垂直檔位調(diào)節(jié)到合適范圍（通常是50~100 mV/Div）
-將示波器電流探頭連接在通道2
-示波器的觸發(fā)通道選擇為通道2，觸發(fā)邊沿選擇為“上升沿觸發(fā)”，觸發(fā)模式選擇為“普通”模式。
參數(shù)設(shè)定要點(diǎn)
-A/B值：A值可以選定為DUT的額定電流；B值初始值可以設(shè)定為A值的80%，后續(xù)根據(jù)實(shí)際波形適當(dāng)調(diào)節(jié)B值
-斜率：斜率通常意味著從A值轉(zhuǎn)換到B值的電流斜率，斜率越高意味著激勵(lì)包含的頻率分量越高，因此建議選擇最大值
-頻率：通常來(lái)說(shuō)1KHz 50%占空比作為初始參數(shù)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。在后續(xù)測(cè)試中可以根據(jù)實(shí)際波形適當(dāng)提高/降低
Step3 開(kāi)始測(cè)試
打開(kāi)DUT供電電源輸出，對(duì)DUT上電后點(diǎn)按DL3000電子負(fù)載的[Tran]進(jìn)入連續(xù)測(cè)試
適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器
你將可以獲取到較為清晰的測(cè)試波形，上圖中通道2為電流探頭測(cè)量的電流波形，通道1為DUT輸出端子上的電壓波形。
打開(kāi)示波器的平均采樣模式，可以獲得低噪聲的瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)量曲線。
操作要點(diǎn)
如何對(duì)測(cè)試波形進(jìn)行分析？
根據(jù)實(shí)際DUT測(cè)試，可能會(huì)存在左圖測(cè)試波形（嚴(yán)重振鈴的電壓波形）
可見(jiàn)此測(cè)試中DUT的輸出電壓在跳變過(guò)程中存在非常大的振鈴，此振蕩頻率通常在系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在180°交越點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率附近。這也意味著系統(tǒng)的相位裕度很小，對(duì)此振蕩頻率的阻尼較弱。
通過(guò)調(diào)整電路參數(shù)，可見(jiàn)響應(yīng)波形逐漸改善，直至最后為右圖所示的響應(yīng)波形，可見(jiàn)振蕩被快速阻尼，恢復(fù)時(shí)間也較為合理。此時(shí)系統(tǒng)的相位裕度已經(jīng)較大，可以滿足電源設(shè)計(jì)的需要。
相位裕度（頻域）和響應(yīng)波形（時(shí)域）存在一定的相關(guān)性，在右圖所示的測(cè)試波形中，相位裕度在50~60°左右，裕度較大。
如何對(duì)測(cè)試圖中的一些其他特征進(jìn)行判別？
1）直流電壓臺(tái)階
在測(cè)試中可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)A/B值所對(duì)應(yīng)的電壓不一致的情況，如下圖的紅色箭頭指示。此時(shí)應(yīng)該檢查電流負(fù)載端子（功率回路）和電壓采樣端子（采樣回路）的連接點(diǎn)是否正確，如果連接正確，則說(shuō)明此電源電路有相對(duì)較差的負(fù)載調(diào)整率，需要針對(duì)性地排查，如測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益是否足夠大。
電壓臺(tái)階
2)較大的電壓跌落和過(guò)沖
在部分測(cè)試中，可能會(huì)觀測(cè)到具有過(guò)大的電壓過(guò)沖和跌落特征的波形，這種波形通常更容易出現(xiàn)在線性穩(wěn)壓電路中。
較大的電壓跌落和過(guò)沖(示意圖片)
分析：這種情況的原因通常指向電源的輸出濾波電容，電容的容值選取和整個(gè)反饋環(huán)路特性嚴(yán)重失配、電容的ESR特性劣化/虛焊、布線不合理可能都會(huì)導(dǎo)致此現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，線性電源器件對(duì)輸出電容的容值要求更高。在負(fù)載電流迅速突變的情況下，如果輸出濾波電容的容值過(guò)小，導(dǎo)致電壓下降的速度遠(yuǎn)高于反饋電路控制調(diào)整管動(dòng)作的速度，將會(huì)在加載電流時(shí)帶來(lái)較大的電壓跌落。反之，將會(huì)在卸載電流時(shí)帶來(lái)較大的電壓過(guò)沖。
部分電源系統(tǒng)可能需要驅(qū)動(dòng)一些特定的負(fù)載裝置，如MOSFET/IGBT驅(qū)動(dòng)電路、閃光燈等裝置，其主要的特點(diǎn)是存在較大的負(fù)載突變，其存在時(shí)間較短的大功率狀態(tài)以及時(shí)間較長(zhǎng)的空閑（低功率）狀態(tài)。由于占空比(Duty Cycle)較低,因此其平均功率較低，在電源設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)存在電容容量選擇不足的情況。對(duì)于這種電路，使用動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試功能可以非常直觀的觀察到電壓的變化，對(duì)設(shè)計(jì)會(huì)有很大的幫助。
總結(jié)
通過(guò)使用DL3000作為測(cè)試核心進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，可以快速地完成對(duì)電源產(chǎn)品的性能評(píng)估。
與動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試類似的測(cè)試方式還有伯德圖（Bode Plot.）測(cè)試，兩者存在一定的差異——
可見(jiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試更傾向于定性測(cè)試，由于測(cè)試非常方便，便于整合進(jìn)入ATE測(cè)試工裝中，因此非常適合在電源生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行在線測(cè)試。
由于DUT的類型較多，因此有必要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的儀器以備測(cè)試使用：
