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2017.07.06直流/直流

开关式稳压器的特性和评估方法

接着说明「开关式稳压器的评估」第3项「负载暂态响应之检讨,测量方法」。

負載暫態響應

所謂負載暫態響應,意指輸出針對急劇負載變動之反應特性,也就是下降或上升之輸出電壓返回到設定値為止之時間或波形。與負載調整率不同,如文字所述為暫態狀態之特性。英語稱為瞬态响应(暫態響應),具體現象以下圖説明。

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由左圖波形中可知,負載電流(下方波形)以上升時間(tr) 1μsec之高速從零上升。相對的,輸出電壓(上方波形)因電壓瞬間下降後急速上升,稍微超過原本穩定時之電壓再下降,呈現安定狀態。此外,想必亦可知道負載電流急劇下降時會產生此相反之反應。

以稍微淺顯易懂的方式來說明,負載上升時迫切需要電流,因輸出來不及供給電流故電壓會下降。為使已下降之電壓返回至設定値,輸出須供給好幾次循環的最大電流,然而一供給過多的話電壓會若干上升,於是這次又降低電流供給來配合設定値。此運作在某程度上請視為正常的負載暫態響應。有其他因數或異常時,除了此現象外亦可包含其他現象。

所謂理想的負載暫態響應,意指針對負載電流之變動以短暫的開關循環(短時間)進行反應,將輸出電壓之下降設至最低限度並使其於最低限度之時間恢復而安定,總之如圖中鬚狀波形的暫態電壓之發生會變得極小且短時間。

中央圖其負載電流之上升/下降時間為10μsec,右邊則為100μsec。此例顯示,若負載電流變動穏定的話,反應之軌跡會變佳,輸出電壓變動少。但,實際上要調整電路中負載電流之暫態(瞬态)是很困難的。

儘管為此種電源暫態響應特性,然而基本上可以視為與運算放大器(运算放大器之頻率特性(相位寬裕度(保证金)阶段和交越頻率(交叉频率))相同。如果電源控制電路之頻率特性適當且安定的話,可以將輸出電壓之暫態變動抑制在最小限度。

暫態響應特性的評估重點

评估电源负载暂态响应时之重点整理如下:

評估電源負載暫態響應時之重點

  • 根据待机状态检查换醒(唤醒)等输出对急剧负载电流变动之安定性,反应速度。
  • 必須調整頻率反應特性時以i端子調整。
  • 雖然可以從所觀察之波形來推測相位寬裕度(保证金)阶段和交越頻率(交叉频率),不過頻率特性解析器(FRA)比較便利。
  • 亦須檢討是否為正常運作下之反應,電感之飽和,電流限制功能啟動等異常。
  • 无法取得必要的反应特性时应检讨其他控制方式或频率,外接定数。

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暂态响应特性的评估方法

說明具體評估方法。實驗時須將可瞬間開關負載電流之電路或裝置連接於欲評估之電源電路輸出,以示波器觀察輸出電壓和輸出電流。若以實機確認的話,須使例如CPU等從待機(站在)狀態移動至完全運轉(全开)狀態,同様觀察輸出。

上述評估重點雖然並非無法從觀察波形推測相位寬裕度和交越頻率,不過作業相當麻煩。最近所謂頻率特性解析器(FRA)之測量儀器相當普及,可以非常簡單地測量電源電路之相位寬裕度或頻率特性,故利用联邦铁路局非常有效。

實際上,若實驗中沒有可以瞬間开关大電流之適當負載裝置時則變得簡單一些,可以使用類似右邊以MOSFET為開關之電路。當然,tr,特遣部队有必要確認。

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負載暫態響應的實際和調整例

開關式穩壓器集成电路具備調整反應特性之端子,大多有i之稱呼。在IC數據表顯示之應用電路中以其條件提示連接於適當i端子之電容或電阻的定數和構造成。基本上須以其為起始線(开始线)進行調整使實際製作之電路符合要。首先,最好應該固定電容,變更電阻値。

此次以下列「BD9A300MUV」为例,ITH端子之电容容量固定后调整电阻値,并以示波器之波形及FRA之频率特性解析图来表示负载暂态响应特性如何变化。

①R3 = 9.1 kΩ,C6 = 2700 pf(建議定數下大致適當之反應和頻率特性)
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②R3 = 3 kΩ,C6 = 2700 pf
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※頻、寬(带宽)因減少R3之電阻値而變窄,負載響應不佳。
運作本身沒有問題,但相位寬裕度過度。

③R3 = 27 kΩC6 = 2700 pf
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※頻、寬(带宽)因增加R3電阻而變寬,負載響應變佳,不過電壓變動時會發生鈴響(波形擴大部)。
相位寬裕度少,有可能會因擾動(波动)而發生異常振蕩。

④R3 =43kΩ,C6 = 2700pF
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※而且一增加R3之电阻値便会发生异常振荡。

以上是i端子反應特性之調整例。基本上無法完全消除發生於輸出電壓之電壓暫態,因此須進行調整來使其反應對於供電電路運作不會產生問題。

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