那些我們所忽視的電源測(cè)試問題

一提到電源測(cè)試，我們首先想到的是紋波測(cè)試、過載測(cè)試、動(dòng)態(tài)斜率。對(duì)于直流電源，用于評(píng)價(jià)直流純凈度的最好的測(cè)試方法就是紋波測(cè)試。對(duì)于過壓、過流、過溫，我們會(huì)進(jìn)行過載測(cè)試。動(dòng)態(tài)斜率是做電源響應(yīng)速度測(cè)試時(shí)的參數(shù)。
問題之一：紋波測(cè)試
電壓的波動(dòng)一般分為兩種：紋波和噪聲，一般來說把低于500KHz頻率的波動(dòng)稱為紋波，高于20MHz頻率的一般不測(cè)試(屬于干擾范疇)。 1、示波器帶寬限制到20M，這個(gè)是必須的。耦合方式：交流耦合 2、示波器必須是浮地測(cè)試，也就是說示波器的供電三角插頭的地線必須去掉，不與插板的地線相接。這個(gè)要特別小心，特別是電源電壓較高的時(shí)候。 3、 探頭使用X1的檔位，您可以檢查您測(cè)試時(shí)候的探頭設(shè)置。哪怕電源輸出電壓較高。 4、探頭使用近地端，而不是標(biāo)配的帶夾子的那根。一般從探頭的近地端引出一個(gè)不超過2CM的線進(jìn)行測(cè)試。 5、必要的時(shí)候在探頭的兩端并聯(lián)電阻和電容，用于濾除高頻信號(hào)。
怎么解決紋波過大? 6、調(diào)整LC濾波電路，增加開關(guān)頻率。缺點(diǎn)：L不可能很大，C達(dá)到一定程度會(huì)濾波改善效果變差，開關(guān)頻率高會(huì)增加開關(guān)損耗，降低轉(zhuǎn)換效率。 7、增加二級(jí)濾波LC。優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)頻率針對(duì)性的選擇，濾波效果好。缺點(diǎn)：電壓反饋點(diǎn)的選擇，要靠后。并且引入一個(gè)新的LC電路會(huì)影響電源的系統(tǒng)穩(wěn)定性。 8、增加LDO濾波，效果好，成本高，轉(zhuǎn)換效率降低。 9、最簡單有效的方法：二極管并聯(lián)電容，或者并聯(lián)阻容，或者串聯(lián)電感。
問題之二：過載測(cè)試
電源作為電子產(chǎn)品或者電池的供電設(shè)備，除了性能要滿足供電產(chǎn)品的要求外，其自身的保護(hù)措施也非常重要。如過壓、過流、過溫保護(hù)等，本次以恒壓源的過流保護(hù)為例進(jìn)行介紹。
圖1：過流保護(hù)中的關(guān)系圖

首先，過流保護(hù)，不僅要測(cè)試過流保護(hù)點(diǎn)，還要測(cè)試過流保護(hù)時(shí)間和保護(hù)穩(wěn)定性。 過流保護(hù)點(diǎn)測(cè)試，也就是OCP(over current protection)測(cè)試。根據(jù)保護(hù)方式有3種，電流收斂甚至切斷，恒流，電流增大。如果比較繁雜的大功率電源系統(tǒng)會(huì)分多個(gè)階段，就不在這里討論了。對(duì)于保護(hù)方式1，OCP點(diǎn)一般為額定值的110%到130%。
圖2：過流測(cè)試的數(shù)據(jù)

以前，是手工去調(diào)整電流的大小，人工觀察現(xiàn)象。但是手和眼睛的反應(yīng)速度等因素導(dǎo)致要進(jìn)行多次測(cè)量才能確定。費(fèi)思負(fù)載機(jī)器本身自帶OCP功能。 費(fèi)思負(fù)載的OCP功能有兩種方式:步進(jìn)式(FT6300/FT6800)和分步式(FT66100)。 步進(jìn)式(FT6300/FT6800)可以設(shè)置起始電流，步進(jìn)電流，步進(jìn)時(shí)間，觸發(fā)電壓(電壓降幅)。負(fù)載會(huì)根據(jù)設(shè)定自動(dòng)掃描，自動(dòng)停止，記錄測(cè)試結(jié)果的最大電流點(diǎn)，整個(gè)測(cè)試的最大功率點(diǎn)。
分步式(FT6800)，可以設(shè)置起始電流，終止電流，步驟數(shù)，觸發(fā)電壓。并且還可以設(shè)定判斷上下限，方便生產(chǎn)調(diào)試，負(fù)載會(huì)自動(dòng)掃描測(cè)試。當(dāng)然，也可以配合負(fù)載軟件進(jìn)行測(cè)試。負(fù)載軟件不僅支持OCP，還支持OVP/OPP測(cè)試，并且可以進(jìn)行U/I曲線掃描。 過流保護(hù)時(shí)間測(cè)試：使用費(fèi)思負(fù)載動(dòng)態(tài)模式的脈沖模式，來對(duì)電源或者電池的保護(hù)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。時(shí)間分辨率1uS。如果不想用脈沖模式，也可以使用連續(xù)模式來進(jìn)行測(cè)試，但是沒有脈沖模式好用。

圖3：動(dòng)態(tài)模式

保護(hù)穩(wěn)定性測(cè)試，當(dāng)然是配合軟件使用軟件的動(dòng)態(tài)模式，或者序列模式進(jìn)行測(cè)試。動(dòng)態(tài)模式如上圖，序列模式如下圖。

圖4：序列模式

生產(chǎn)線測(cè)試過流保護(hù)：生產(chǎn)線測(cè)試過流保護(hù)就不用這么麻煩了。使用費(fèi)思負(fù)載的自動(dòng)測(cè)試功能，把過流保護(hù)分成兩步測(cè)試，下限值，電源不保護(hù)，上限值，電源必須保護(hù)。這個(gè)邏輯判斷即可。
問題之三：動(dòng)態(tài)斜率
斜率本身定義為曲線的切線。也就是說，是指負(fù)載兩個(gè)狀態(tài)切換時(shí)變化的最大速度。但是在波形測(cè)量中，測(cè)試某個(gè)點(diǎn)的斜率是不容易實(shí)現(xiàn)的，所以，示波器等波形測(cè)量儀器、信號(hào)發(fā)生器等信號(hào)發(fā)生裝置把斜率的測(cè)量定義為10%到90%的變化值除以變化時(shí)間。稍高端示波器會(huì)自動(dòng)幫您進(jìn)行卡位和測(cè)量。 如圖所示：
圖5：示波器的斜率測(cè)量

斜率的誤差：示波器的帶寬的定義，比如100M，就是示波器會(huì)對(duì)于高于100M的信號(hào)的幅值有超過3dB的衰減。探頭等的帶寬定義也是如此。所以一般測(cè)量，對(duì)于幅值，斜率的測(cè)量，3dB的誤差實(shí)在允許范圍內(nèi)的。對(duì)頻率，時(shí)間的精度要求較高。如果對(duì)波形的控制沒有精確度標(biāo)注的情況下，一般默認(rèn)為±3dB，也就是±30%左右。
斜率的控制：電子負(fù)載的工作原理，是由DAC的電壓信號(hào)來線性控制MOS的導(dǎo)通性能(這個(gè)工作方式與開關(guān)電源的開關(guān)型控制不同，負(fù)載使用的是線性MOS)。一般負(fù)載包括臺(tái)灣的兩個(gè)廠家，為了節(jié)省成本，會(huì)設(shè)計(jì)成幾個(gè)固定的電阻電容回路來模擬控制斜率。這樣會(huì)導(dǎo)致負(fù)載只能夠?qū)崿F(xiàn)幾個(gè)固定的斜率，一般為4個(gè)。雖然可以設(shè)定，但是在很大的設(shè)定范圍段內(nèi)，無論怎么設(shè)定，斜率就是那個(gè)斜率，沒有大的變化。有興趣的朋友，可以試驗(yàn)一下。
費(fèi)思負(fù)載的斜率控制是由專門的斜率控制DAC進(jìn)行控制的，所以保證了負(fù)載斜率是真正可以控制的。既保證了正常帶載的精確度，又保證了斜率的連續(xù)可調(diào)。使負(fù)載更接近于實(shí)際帶載波形，模擬實(shí)際狀態(tài)測(cè)試電源的參數(shù)。
另外，費(fèi)思的FT6300A和FT6800系列的電子負(fù)載的動(dòng)態(tài)分為3種方式：連續(xù)，脈沖和翻轉(zhuǎn)。連續(xù)就是普通的動(dòng)態(tài)，脈沖和翻轉(zhuǎn)是可以外控式的測(cè)試。特別是脈沖，費(fèi)思負(fù)載的脈沖時(shí)間分辨率為1uS，可以幫助精準(zhǔn)測(cè)試保護(hù)時(shí)間，比如電池保護(hù)板的雙極和多級(jí)的不同的保護(hù)時(shí)間。