Pochopení a měření doby přechodného zotavení napájecího zdroje

Tento typ souboru obsahuje grafiku s vysokým rozlišením a schémata, jsou-li k dispozici.

Bob Zollo, produktový plánovač, Power and Energy Division, Keysight Technologies
Doba přechodné obnovy napájecího zdroje je specifikací stejnosměrného napájecího zdroje. Popisuje, jak rychle se napájecí zdroj zotaví z přechodného zatížení na výstupu napájecího zdroje.   


S ideálním napájecím zdrojem pracujícím s konstantním napětím by výstupní napětí zůstalo na naprogramované hodnotě bez ohledu na proud, který zátěž odebírá ze zdroje. Skutečný napájecí zdroj však nemůže udržet své naprogramované napětí, když dojde k rychlému nárůstu zatěžovacího proudu.


V reakci na rychlý nárůst proudu bude napájecí napětí klesat, dokud regulační smyčka regulace napájení nevrátí napětí zpět na naprogramovanou hodnotu. Doba, za kterou se hodnota vrátí na naprogramovanou hodnotu, je doba přechodného zotavení zátěže (obr. 1).


Všimněte si, že pokud přechodový jev zátěže-proud není rychlý, ale spíše pomalu stoupá nebo klesá, regulační smyčka regulace napájení bude dostatečně rychlá, aby regulovala a udržovala výstupní napětí bez jakéhokoli viditelného přechodného jevu. Jak se okrajová rychlost aktuálního přechodového jevu zvyšuje, překračuje schopnost zpětnovazební smyčky napájecího zdroje „udržovat“ a udržovat konstantní napětí, což má za následek přechodový jev zatížení.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Nahrání souborů 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Doba zotavení po přechodné zátěži je doba "X" pro obnovení výstupního napětí a udržení v rámci "Y" milivoltů od jmenovitého výstupního napětí po skokové změně proudu zátěže "Z" zesilovače. „Y“ je specifikované pásmo zotavení nebo pásmo ustálení a „Z“ je specifikovaná změna zátěžového proudu, která se obvykle rovná jmenovitému proudu plného zátěže zdroje.




Doba obnovy přechodného jevu napájecího zdroje se měří od začátku přechodného jevu zátěže do okamžiku, kdy se napájecí zdroj ustálí a znovu dosáhne naprogramované hodnoty. Ale kdykoli zadáte „dosáhne naprogramované hodnoty“, musíte zadat v rámci tolerančního pásma. Doba zotavení zátěže a přechodného jevu napájecího zdroje je tedy specifikována jako čas potřebný k dosažení tolerančního pásma několika procent naprogramované hodnoty, určitého procenta jmenovitého výkonu nebo dokonce pevného pásma tolerance napětí. Tabulka ukazuje některé příklady specifikací přechodových jevů napájení.  


Při pohledu na napájecí zdroj Keysight N7952A můžete vidět, že toleranční pásmo přechodné doby zotavení je specifikováno jako 100 mV. Při měření doby obnovy přechodných jevů, pokud je výstupní napětí 25 V, musíte změřit, jak dlouho trvá, než se zdroj obnoví zpět na ±100 mV kolem 25 V.






Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Nahrání souborů 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Výkonové zesilovače jsou příkladem toho, proč je přechodná doba zotavení důležitá


Podívejme se na příklad aplikace, kde je důležitá přechodná odezva stejnosměrného napájení. Při testování výkonových zesilovačů (PA) používaných v mobilních zařízeních (jako jsou mobilní telefony nebo tablety) je velmi důležité, aby stejnosměrné předpětí do testovaného zařízení (DUT) zůstalo na pevném a stabilním napětí. Pokud by napětí během testu kolísalo nebo se změnilo, nejsou dodrženy správné testovací podmínky a výsledná měření vysokofrekvenčního výkonu na zkoušeném zařízení nebudou správná.     


V tomto případě PA je situace vyhrocená vzhledem k aktuálnímu profilu. PA vysílá v impulsech, a proto odebírá proud ze stejnosměrného předpětí v impulsech. Tyto impulsy mají rychlé okrajové rychlosti, a proto představují významné přechodové jevy na stejnosměrném předpětí. Pokaždé, když PA pulzuje, odebírá vysoký proud, který stahuje stejnosměrný napájecí zdroj. Napájení se rychle obnoví; avšak během doby, kdy napájecí zdroj reaguje na přechodový jev, jeho napětí není na požadované hodnotě pro test. Jakmile se obnoví napájení, PA bude pracovat za správných testovacích podmínek, a tak bude možné provést správná měření vysokofrekvenčního výkonu. 


S miliardami PA, které se vyrábí a testují každý rok, je kritická propustnost testů. Pokud se napájení obnovuje pomalu, přidává PA testovací čas, a proto zpomaluje výrobní test. Výrobci PA proto hledají napájecí zdroje s rychlou obnovou, aby zajistili, že mohou dosáhnout maximální propustnosti výrobních testů. Dívají se na specifikaci přechodné doby zotavení, aby určili, který zdroj bude pro jejich aplikaci nejlepší. Prodejce napájecího zdroje tedy musí být schopen přesně měřit přechodnou dobu obnovy napájecího zdroje, aby mohl výrobcům PA nabídnout nejlepší možnou specifikaci.


Měření přechodné doby zotavení


Náročnou částí měření doby zotavení po přechodné zátěži je určení, kdy napětí vstoupí do tolerančního pásma. Průměrný voltmetr může snadno změřit, zda je výstupní stejnosměrné napětí v tolerančním pásmu. Je to však pomalý přístroj a nebude schopen vzorkovat dostatečně rychle, aby poskytl smysluplné měření času s adekvátním rozlišením, které by určilo, jak rychle napětí vstoupilo do tolerančního pásma.


Když se podíváme za průměrný voltmetr, některé vysokorychlostní voltmetry mohou měřit desítky tisíc měření za sekundu s dostatečnou přesností, aby detekovaly, kdy napájecí napětí přesně vstoupí do tolerančního pásma. Jedním takovým příkladem je Keysight 34470A DMM. Jak se přechodné doby obnovy zlepšují, tyto voltmetry, i když zachycují data rychlostí 50 ksamples/s, jsou příliš pomalé na to, aby zachytily rychlou dobu obnovy.  


OD NAŠICH PARTNERŮ
2.7-V až 24-V, 2.7-mΩ, 15-A eFuse s ochranou hot-swap, ±1.5% proudový monitor & adj. chyba mgmt
TPS25982 2.7-V až 24-V, 2.7mΩ, 15-A Smart eFuse – integrovaná hot-swap ochrana s 1.5% přesným monitorováním zátěžového proudu a nastavitelným přechodovým…
WaveRunner 8000HD: Analýza více kolejnic
Provádějte citlivá měření, jako je charakterizace kolapsu kolejnice, s naprostou jistotou díky vysokému dynamickému rozsahu WaveRunner 8000HD a 0.5 %…
Rozsah by byl rozumnějším nástrojem k použití, protože může snadno zachytit a vizualizovat velmi rychlé přechodové jevy. Průměrný rozsah má však typicky 1%-3% vertikální přesnost a 8bitové rozlišení. V důsledku toho se snaží zajistit dostatečnou vertikální přesnost a rozlišení, aby bylo možné přesně lokalizovat, kdy stejnosměrné výstupní napětí dosáhne úzkého tolerančního pásma. 


Umístěním dalekohledu do střídavého spojení se pokusíte přiblížit toleranční pásmo. Dojde však k chybě, protože ustálená stejnosměrná úroveň po přechodu bude zkreslena v důsledku střídavého spojení. To by mohlo ztížit přesnou identifikaci post-přechodové úrovně stejnosměrného proudu v tolerančním pásmu, protože ustálené stejnosměrné napětí je „stahováno“ střídavou vazbou.


Další možností by bylo ponechat osciloskop ve stejnosměrné vazbě, ale použít velký stejnosměrný offset na osciloskopu, aby bylo možné přiblížit toleranční pásmo. To funguje dobře se stejnosměrnými výstupy v úrovni 0 až 10 V, ale jak stejnosměrný výstup stoupá, musí stoupat i stejnosměrná odchylka. U velkých stejnosměrných odchylek se musí také zvýšit minimální napětí/dílek, aby se podpořila velká stejnosměrná odchylka, což má za následek menší rozlišení měření v tolerančním pásmu.  


U napájecích zdrojů s širším tolerančním pásmem napětí lze k provádění těchto měření použít osciloskopy. Osciloskopy Keysight ve skutečnosti nabízejí vestavěný software pro analýzu výkonu, který provádí měření přechodné odezvy prostřednictvím operací na klíč (podívejte se na www.keysight.com/find/scopes-power). Nejvýkonnější osciloskopy s rozlišením 10 nebo 12 bitů mají větší flexibilitu a pokročilejší frontendy, což jim umožňuje provádět tato měření i pro úzká pásma tolerance napětí. Tyto rozsahy však nejsou na průměrné laboratorní lavici tak běžné.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Nahrání souborů 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Tento snímek obrazovky z Keysight IntegraVision Power Analyzer ukazuje měření doby zotavení přechodného napětí.




U napájecích zdrojů s úzkými tolerančními pásmy napětí může toto měření provést vysoce výkonný analyzátor kvality napájení – za předpokladu, že má schopnost jednorázového měření. Jednorázové měření je potřeba, protože přechodový jev je jednorázová událost spouštěná náběžnou hranou proudového impulsu. Alternativně, pokud můžete generovat opakující se přechodný proud zátěže, jako je obdélníková vlna, kde proud přeskakuje mezi vysokými a nízkými hodnotami proudu, můžete použít analyzátor výkonu bez jednorázového měření k zachycení opakované přechodové události.  


Vysoce výkonné analyzátory výkonu mají lepší než 0.1% vertikální přesnost, 16bitové rozlišení a rychlost digitalizace 1 Mvzorek/s nebo vyšší. Tato kombinace rychlé digitalizace a přesného měření napětí vám umožňuje snadno měřit přechodovou odezvu zátěže napájecího zdroje a identifikovat, kdy je dosaženo úzkého tolerančního pásma. Vzhledem k tomu, že analyzátor výkonu může přímo měřit napětí a proud bez sond, můžete toto měření rychle nastavit tak, aby se spouštělo od náběžné hrany proudu a poté měřit dobu obnovení napětí.  


Jedním z výkonových analyzátorů s touto schopností je IntegraVision Power Analyzer (obr. 2), který poskytuje jednorázovou digitalizaci 5 Mvzorků/s při 16 bitech současně na napětí i proudu, se základní přesností 0.05 %, vše zobrazeno na velké barevné dotykové obrazovce. . Měření se provádí na 10-V napájecím zdroji, který pulzuje mezi 2A a 8A. Jeho přechodné pásmo obnovy je ±100 mV.


Pomocí dvou značek Y IntegraVision můžete identifikovat horní (10.1 V) a spodní (9.9 V) pásma tolerance napětí. Poté pomocí dvou značek X můžete identifikovat, kdy přechodový jev začíná na aktuálním průběhu pomocí značky X1 a kdy napětí vstoupí do tolerančního pásma pomocí značky X2. Časový rozdíl mezi X1 a X2 je přechodná doba zotavení, měřená jako 90.4 μs.

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv