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恶劣环境下瞬态测试电子负载相关问题解决

2020-12-17 18:03 行业新闻 已读

  微处理器和专用集成电路(ASIC)需要低压、大电流电源。这些电源通常对输出电压偏差有非常严格的要求,尤其是在负载瞬变事件中。对于设计人员而言,测试这些电源可能会面临许多挑战,很难确定它们是否符合特定规格。今天,我们回顾了在恶劣环境下瞬态测试电源负载时可能发生的问题。

  为了正确设计电源,您首先需要了解所有瞬态参数以及它们如何应用于测试。典型的临时参数为:

  •负载阶跃的大小(以安培或占总负载的百分比表示)•瞬态事件中的最小负载(可能为零)•负载步长的摆率(通常为安培/微秒)•阶跃两极允许的最大电压偏差•预计恢复时间

  图1显示了通常如何定义这些规范。

恶劣环境下瞬态测试电子负载相关问题产生与解决

  图1:图示的负载瞬态测量。

  了解所有参数后,您可以尝试设计满足要求的电源。但是,根据上述要求进行测试是一个重大挑战。输出电压为1V,负载阶跃为100A,转换速率要求为1000A /μs并不常见。在大多数测试情况下,限制因素是电源和被测负载之间的电感。在实际系统中,电源通常紧邻其提供的负载,以最大程度地减小寄生电感。

  您可以使用多种方法来测试所选电源的负载瞬态响应,但是每种方法都有其优点和缺点。在这里,我们比较以下选项:外部电子负载,外部瞬态电路板,场效应晶体管(FET)冲击,板载瞬态发生器和基于插座的瞬态测试仪。

  外部电子负载是测试瞬态响应的最常见,最便捷的方法。大多数负载的模式可以让您轻松设置当前电平和转换时间。主要缺点是转换率受到外部接线或实际负载限制的限制。

  外部瞬态电路板通常会在压摆率方面带来更好的结果,但这会降低灵活性。根据设计,负载瞬态板可能会受到最大电流,散热或压摆率的限制。由于瞬态电路板是外部连接,因此布线通常是压摆率限制的瓶颈。此外,必须为每个测试电源调整或配置电路板。

  FET slammer是一种快速获得瞬态结果的简便方法。金属氧化物半导体场效应晶体管通过电阻器或通过电源的输出端子直接从漏极连接到源极,并且函数发生器控制栅极。由于外部布线较少,因此寄生电感大大降低。

  这种方法通常可提供很高的转换率,但可能难以控制和重复测试。您可能需要更换PCB(图2)。该方法的另一个问题是难以测量实际负载阶跃电流,并且测量数据可能不准确。

恶劣环境下瞬态测试电源负载相关问题产生与解决

  图2:使用FET冲击器的PCB的示例。

  在测试高电流和快速瞬态性能时,板载瞬态发生器非常实用,可以针对特定的负载瞬态规范设计电路。主要缺点是组件昂贵且占用空间。另外,进行多种不同的测量可能难以或耗时地结合灵活性。

  车载瞬态发生器的设计也非常复杂。它可以像由555定时器控制的电阻和FET一样简单,也可以如图3所示那样复杂。更复杂的设计使用多级和小型,快速开关FET。这种设计可以实现1000 A /μs的转换速度。

恶劣环境下瞬态测试电源负载相关问题产生与解决

  图3:机载瞬态发生器的复杂版本。

  最后的选择是使用处理器插槽和特殊的瞬态测试仪。此选项是最昂贵的方法,因为工具本身很昂贵,并且PCB的价格每天都在上涨,但是对于一组特定的处理器要求,您可以获得最准确的结果。处理器或ASIC制造商经常开发此类工具,因此这些工具经过专门设计以提供正确的测试条件。

  表1总结了一些瞬态测试方法。

恶劣环境下瞬态测试电源负载相关问题产生与解决

  表1:不同瞬态测试方法的比较。

  负载瞬态测试是电源设计和合规性的重要组成部分。测试治具的寄生电感会负面影响实现所需转换率的能力,使用上述方法将帮助您避免此问题。

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