标签: 电源，上电故障，浪涌电流，电源保护响应

今天在网上看到一遍这样的博客，是关于设备无法上电的，感觉非常有趣，应该对大家的实际工作有所帮助，故在此进行转载。原文章对应链接如下： http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_17258.HTM   前些天遇到了一个奇特的案例， 包括用户的研发工程师、项目经理、老赤脚医生和几位高手绞尽脑汁、费尽周折。 结果没想到答案是如此简单。但还是让用户的研发人员和项目经理都心有余悸，赤脚医生也是长了一点学问。今天拿出来和大家一同分享。   有位用户，用我们的 E3641A 电源为被测件供电。 被测件不复杂，包括了单片机、电容和电阻等， 供电电压是 25V ， 稳定正常工作电流是 50-55mA 。用户通过 GPIB 接口对电源进行编程， 把电压设在 25V ， 并设置了 100mA 的限流，用于保护被测件。 这应该是一个非常简单的应用。只需要电源纯净度非常高，有足够的保护能力，而且需要通过计算机接口控制。   但就是这么简单一件事情，还是出了离奇的故事。用户发现，当把电源设定 100mA 限流， 并开启电源输出之后， 有的时候是能稳定正常工作， 但有的时候，电流的显示非常不稳定， 从 20-50mA 都会出现，而且被测件也无法正常启动。用户这时就很纳闷，也特别担心把被测件烧坏了。他开始怀疑是电源的电流测量出来问题。 于是，在电流回路中串入了一个 34401A 数字表测量电流，结果数字表的测量值与电源显示值一样，说明电源工作是正常的。 更让人匪夷所思的是，为了解决这个问题，用户换了一台其它厂家同等级的程控电源， 做了同样的设置， 竟然工作正常， 而且电流值与用户期待的是一样的！   用户于是非常怀疑我们的电源出了问题。 开始的时候，我们的确让我百思不得其解。同样的电压、同样的限流，就不明白为什么会出现不同的结果。这好像不符合欧姆定律和一般常识。 于是，费尽周折，反复检查接线、检查接地等，还是没有发现症结所在。甚至我们还换了一台精度和速度更高、性能更好的系统电源，做了同样的设置，   用上去之后，发现问题甚至比 E3641A 更加严重，被测件基本上无法启动。折腾了好几次，设想了很多方案， 但问题没有解决。   后来，我请安捷伦的一位电源专家出马。他根据以往的经验，做出了一个大胆的推论：用户把电源的电流限定设低了。 被测件很可能在启动过程， 有超过 100mA 的浪涌电流，而此时电源的电流被限定在了 100mA ， 在系统启动之前，电源启动了过流保护，使被测件无法正常启动。于是，我们尝试着把电流限定逐步提高， 提高到 650mA 后 , 用户的系统居然正常了！但用户无论如何也不能相信，在他设计的产品，居然有高于正常电流十多倍的浪涌电流， 让众人更不可理解的是，另外一家的电源在设定 100mA 限流是，系统可以正常启动。 这两个结果是完全矛盾的。   为验证这个问题，我们使用 N6705B 直流电源分析仪， 配合高精度电源模块进行供电，并取消限流值，打开了 N6705 的示波器功能， 捕捉了被测件的上电浪涌电流波形。 这个波形，还是让用户大吃一惊！如下图所示：     从 N6705B 的屏幕显示上可以明显看出， 产品在启动瞬间出现了一个明星的浪涌电流，峰值达到 650mA ，远远超出 100mA 的限流值，更是高过了 50mA 正常工作电流的十多倍！浪涌电流持续时间约为 800us ，之后电流值恢复到 52mA 正常值。 用户看到这个现象非常惊讶，并承认产品设计存在这个未发现的重大缺陷。因为如此高的浪涌电流，有可能导致用户的整个系统故障。   进一步，我们在 N6705B 上设置了 100mA 的限流， 来模拟先前的上电故障。我们得到了以下这个测试结果：     由于 100mA 限流值起作用，抑制了启动过程中的浪涌电流。一旦产品需要的电流超过 100mA 时，会自动进入 限流模式 ，将电流稳定在 100mA 以下，同时电压会随之下降，对被测件进行保护。但在此情况下，输出将不能满足客户被测件所需要的供电条件，导致客户的产品进入不稳定工作状态，消耗电流值呈现随机数值。 问题原因找到了， 但还有一个更大的疑惑， 为什么另外一家的程控电源也设定了 100mA 限流 , 但系统可以工作呢？      这位专家解释说，这是由于不同性能的电源进入限流状态所需的时间不同。 为了保护被测件，一旦出现过流的情况，我们的电源会很快进入限流状态。 我们查到，根据过流程度不同， E4641A 进入限流的时间约为 0.5ms – 1.5ms 。而更高性能的，例如 N6705B 的高性能模块，在 50uS – 1mS 。   那个厂家的电源， 这个指标是 10mS.   因此，遇到如此大的过流是， E3641A 和 N6705B 在几十到几百微秒内就进入了限流状态，限制了启动时需要的浪涌电流。 而那家的电源进入限流状态需要的时间要长出 10 倍以上，在还没有进入限流时，被测件可以已经启动了。但这里潜在着巨大的危险， 长时间的过流可能会烧毁被测件。 这就像汽车的刹车系统，如果发现危险能在 5 米内停下来，相比于 50 米才能停下的汽车，你觉得哪个更安全呢？更快的保护启动时间意味对被测件更为安全， 特别当您在测量与黄金等重价格的原型机时，这个指标尤其重要，因为我们不希望过于迟钝的电源过流响应烧毁您数月的心血。     Agilent E3600 系列基础电源， 1.5ms 的保护响应时间     当然，如果您在利用电源给系统上电的时候，先要了解自己系统的在启动时最大浪涌电流是多少，以将电源的电流限定值设置在合适的值，即保证了系统能正常启动， 也保护系统不会因为过流造成损坏。关于浪涌电流的简便测量方法，在我之前的文章中已经有了很多这方面的介绍。   相信有点读者可能会有这样的疑问，就是如果确保被测记在启动的过程中，电源能提供足够的浪涌电流，在启动之后，又能将限流和过流保护设在安全的程度。关于这个问题，我将来会介绍。   了解 N6705 直流电源的功能和应用案例，可观看视频： http://www.youku.com/playlist_show/id_18816127.html