原创 程控电源技术和应用指南(10)- 瞬态响应(上篇)

2013-3-18 16:42 1374 0 6 分类: 消费电子

   首先来看一下这个波形(图1), 大约120mV的电压跌落,持续时间约为30uS。这是一个高性能的程控电源的输出,当负载电流猛然增大时,输出电压瞬间的变化情况。

20130316201906470001.jpg
   

1:负载电流从1mA跳变到500mA时,输出电压的变化

 

    这是任何电源都存在的问题。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。

 

电源的这个特性,就是我们通常所称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:

 

 

20130316202312705001.gif
 图2:负载电流突然变化,造成电源电压出现瞬态响应

 

在表征电源的瞬态响应, 我们会考虑3点:

  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。这样,我们就会规范一个范围,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。


    不同的电源就有不同的瞬态响应时间。例如,安捷伦N6705直流电源分析仪中所用的高性能模块N6751A 和精密模块 N6761A, 在指标中标为:

  1. 当负载从60% 跳变到100%, 或者从100%跳变到60%时,
  2. 电压恢复到设定值的 ± 75 mV
  3.  瞬态响应时间:< 100 μs

 

   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。

 

    瞬态电压过冲或跌落幅度通常不被表怔, 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

 

  关于如何减小瞬态电压变化幅度,以确保被测件的正常工作和精确的测量,请看下一篇。

 

 

程控电源技术和应用指南(10)- 瞬态响应(下篇)

 

 


 

 

 

文章评论6条评论)

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kent_rao_738407428 2013-3-23 08:34

很好的想法!从理论上来讲,开关电源的响应速度要比线性电源慢一些, 除了反馈电路的速度因素以为,主要的原因是线性电源是通过控制三极管的线性阻抗来调整输出,而开关电源则要调整开关管的占空比, 需要若干个周期才能稳定输出, 需要更长的时间。我们是用来一些技术,来大幅度提升开关电源的速度, 目前最好的指标已经达到和超过线性电源。但这成本也不低,用在高性能的程控电源中还是可以的

emmalu_951035627 2013-3-20 09:26

继续跟踪学习ing

xujian_466954279 2013-3-20 09:16

谢谢分享!

xujian_466954279 2013-3-20 09:16

谢谢分享!

peiying102_131943334 2013-3-20 09:04

开关电源的负载响应速度好象没有那种早期的线性电源的响应速度快吧,对于一些应用是不是可以考虑在开关电源的后面加上一个线性调节的电源呢.我是这么理解的,只不过线性电源的损耗会比开关电源的损耗大些

anahu_719040978 2013-3-18 16:45

理论知识,最终还是要自己动手调试一下,才会有更深刻的理解和认识~~
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