那些我們所忽視的電源測試問題

一提到電源測試，我們首先想到的是紋波測試、過載測試、動態(tài)斜率。對于直流電源，用于評價直流純凈度的最好的測試方法就是紋波測試。對于過壓、過流、過溫，我們會進行過載測試。動態(tài)斜率是做電源響應(yīng)速度測試時的參數(shù)。
問題之一：紋波測試
電壓的波動一般分為兩種：紋波和噪聲，一般來說把低于500KHz頻率的波動稱為紋波，高于20MHz頻率的一般不測試(屬于干擾范疇)。 1、示波器帶寬限制到20M，這個是必須的。耦合方式：交流耦合 2、示波器必須是浮地測試，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。這個要特別小心，特別是電源電壓較高的時候。 3、 探頭使用X1的檔位，您可以檢查您測試時候的探頭設(shè)置。哪怕電源輸出電壓較高。 4、探頭使用近地端，而不是標配的帶夾子的那根。一般從探頭的近地端引出一個不超過2CM的線進行測試。 5、必要的時候在探頭的兩端并聯(lián)電阻和電容，用于濾除高頻信號。
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：L不可能很大，C達到一定程度會濾波改善效果變差，開關(guān)頻率高會增加開關(guān)損耗，降低轉(zhuǎn)換效率。 7、增加二級濾波LC。優(yōu)點，可以根據(jù)頻率針對性的選擇，濾波效果好。缺點：電壓反饋點的選擇，要靠后。并且引入一個新的LC電路會影響電源的系統(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，其自身的保護措施也非常重要。如過壓、過流、過溫保護等，本次以恒壓源的過流保護為例進行介紹。
圖1：過流保護中的關(guān)系圖

首先，過流保護，不僅要測試過流保護點，還要測試過流保護時間和保護穩(wěn)定性。 過流保護點測試，也就是OCP(over current protection)測試。根據(jù)保護方式有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)會分多個階段，就不在這里討論了。對于保護方式1，OCP點一般為額定值的110%到130%。
圖2：過流測試的數(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)速度等因素導致要進行多次測量才能確定。費思負載機器本身自帶OCP功能。 費思負載的OCP功能有兩種方式:步進式(FT6300/FT6800)和分步式(FT66100)。 步進式(FT6300/FT6800)可以設(shè)置起始電流，步進電流，步進時間，觸發(fā)電壓(電壓降幅)。負載會根據(jù)設(shè)定自動掃描，自動停止，記錄測試結(jié)果的最大電流點，整個測試的最大功率點。
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，負載會自動掃描測試。當然，也可以配合負載軟件進行測試。負載軟件不僅支持OCP，還支持OVP/OPP測試，并且可以進行U/I曲線掃描。 過流保護時間測試：使用費思負載動態(tài)模式的脈沖模式，來對電源或者電池的保護時間進行測試。時間分辨率1uS。如果不想用脈沖模式，也可以使用連續(xù)模式來進行測試，但是沒有脈沖模式好用。

圖3：動態(tài)模式

保護穩(wěn)定性測試，當然是配合軟件使用軟件的動態(tài)模式，或者序列模式進行測試。動態(tài)模式如上圖，序列模式如下圖。

圖4：序列模式

生產(chǎn)線測試過流保護：生產(chǎn)線測試過流保護就不用這么麻煩了。使用費思負載的自動測試功能，把過流保護分成兩步測試，下限值，電源不保護，上限值，電源必須保護。這個邏輯判斷即可。
問題之三：動態(tài)斜率
斜率本身定義為曲線的切線。也就是說，是指負載兩個狀態(tài)切換時變化的最大速度。但是在波形測量中，測試某個點的斜率是不容易實現(xiàn)的，所以，示波器等波形測量儀器、信號發(fā)生器等信號發(fā)生裝置把斜率的測量定義為10%到90%的變化值除以變化時間。稍高端示波器會自動幫您進行卡位和測量。 如圖所示：
圖5：示波器的斜率測量

斜率的誤差：示波器的帶寬的定義，比如100M，就是示波器會對于高于100M的信號的幅值有超過3dB的衰減。探頭等的帶寬定義也是如此。所以一般測量，對于幅值，斜率的測量，3dB的誤差實在允許范圍內(nèi)的。對頻率，時間的精度要求較高。如果對波形的控制沒有精確度標注的情況下，一般默認為±3dB，也就是±30%左右。
斜率的控制：電子負載的工作原理，是由DAC的電壓信號來線性控制MOS的導通性能(這個工作方式與開關(guān)電源的開關(guān)型控制不同，負載使用的是線性MOS)。一般負載包括臺灣的兩個廠家，為了節(jié)省成本，會設(shè)計成幾個固定的電阻電容回路來模擬控制斜率。這樣會導致負載只能夠?qū)崿F(xiàn)幾個固定的斜率，一般為4個。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，斜率就是那個斜率，沒有大的變化。有興趣的朋友，可以試驗一下。
費思負載的斜率控制是由專門的斜率控制DAC進行控制的，所以保證了負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)。使負載更接近于實際帶載波形，模擬實際狀態(tài)測試電源的參數(shù)。
另外，費思的FT6300A和FT6800系列的電子負載的動態(tài)分為3種方式：連續(xù)，脈沖和翻轉(zhuǎn)。連續(xù)就是普通的動態(tài)，脈沖和翻轉(zhuǎn)是可以外控式的測試。特別是脈沖，費思負載的脈沖時間分辨率為1uS，可以幫助精準測試保護時間，比如電池保護板的雙極和多級的不同的保護時間。