Forståelse og måling af strømforsyningens forbigående gendannelsestid

Denne filtype indeholder grafik og skemaer i høj opløsning, når det er relevant.

Bob Zollo, produktplanlægger, Power and Energy Division, Keysight Technologies
Transient gendannelsestid for strømforsyning er specifikationen for en jævnstrømsforsyning. Den beskriver, hvor hurtigt strømforsyningen vil komme sig efter en forbigående belastningstilstand på strømforsyningens udgang.   


Med en ideel strømforsyning, der arbejder i konstant spænding, ville udgangsspændingen forblive på den programmerede værdi uanset strømmen, der trækkes ud af strømforsyningen af ​​belastningen. En rigtig strømforsyning kan dog ikke opretholde sin programmerede spænding, når der er en hurtig stigning i belastningsstrømmen.


Som reaktion på en hurtig stigning i strømmen vil strømforsyningsspændingen falde, indtil strømforsyningsreguleringsfeedbacksløjfen bringer spændingen tilbage til den programmerede værdi. Den tid, det tager for værdien at komme tilbage til den programmerede værdi, er belastningstransientgendannelsestiden (fig. 1).


Bemærk, at hvis belastningsstrømtransienten ikke er en hurtig transient, men snarere langsomt stiger eller falder, vil strømforsyningsreguleringsfeedbacksløjfen være hurtig nok til at regulere og opretholde udgangsspændingen uden nogen synlig transient. Efterhånden som strømtransientens kanthastighed stiger, overstiger den strømforsyningsfeedbacksløjfens evne til at "følge med" og holde spændingen konstant, hvilket resulterer i en belastningstransienthændelse.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filer Uploads 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Load-transient recovery time er tiden "X" for udgangsspændingen at genoprette og forblive inden for "Y" millivolt af den nominelle udgangsspænding efter en "Z" amp trinændring i belastningsstrømmen. "Y" er det specificerede genopretningsbånd eller udligningsbånd, og "Z" er den specificerede belastningsstrømændring, typisk lig med forsyningens fuldbelastningsstrøm.




Strømforsyningens transiente genopretningstid måles fra begyndelsen af ​​belastningsstrømtransienten, til strømforsyningen falder til ro og igen når den programmerede værdi. Men hver gang du angiver "når en programmeret værdi", skal du angive inden for et tolerancebånd. Således er strømforsyningsbelastning-transient genopretningstid specificeret som den tid, der kræves for at nå et tolerancebånd på nogle procent af den programmerede værdi, nogle procent af den nominelle udgang eller endda et fast spændingstolerancebånd. Tabellen viser nogle eksempler på transientspecifikationer for strømforsyning.  


Når du ser på Keysight N7952A-strømforsyningen, kan du se, at tolerancebåndet for transient recovery-tid er angivet som 100 mV. Hvis udgangsspændingen er 25 V, skal du måle, hvor lang tid det tager strømforsyningen at genoprette tilbage til inden for ±100 mV omkring 25 V, når du måler forbigående genopretningstid.






Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filer Uploads 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Effektforstærkere eksemplificerer, hvorfor forbigående gendannelsestid er vigtig


Lad os se på et eksempel på en applikation, hvor DC-strømforsyningens transientrespons er vigtig. Når du tester effektforstærkere (PA), der bruges i mobile enheder (såsom mobiltelefoner eller tablets), er det meget vigtigt, at DC-forspændingen til enheden under test (DUT) forbliver på en fast og stabil spænding. Hvis spændingen skulle svinge eller ændre sig under testen, opretholdes de korrekte testbetingelser ikke, og de resulterende RF-effektmålinger på DUT vil ikke være korrekte.     


I dette tilfælde af PA er situationen forværret på grund af den nuværende profil. PA transmitterer i pulser og trækker derfor strøm fra DC bias i pulser. Disse impulser har hurtige kanthastigheder og præsenterer derfor betydelige belastningstransienter på DC-forspændingen. Hver gang PA'en pulserer, trækker den høj strøm, hvilket trækker DC-forspændingsstrømforsyningen ned. Strømforsyningen vil komme sig hurtigt; men i det tidsrum, hvor strømforsyningen reagerer på transienten, er dens spænding ikke på den ønskede værdi for testen. Når strømforsyningen genoprettes, vil PA'en derefter fungere under de rigtige testbetingelser, og det bliver således muligt at foretage de korrekte RF-effektmålinger. 


Med milliarder af PA'er, der bliver fremstillet og testet hvert år, er testgennemstrømning kritisk. Hvis strømforsyningen genopretter sig langsomt, tilføjer den testtid til PA og sænker derfor produktionstestgennemløbet. PA-producenter leder derfor efter strømforsyninger med hurtig genopretning for at sikre, at de kan opnå maksimal produktionstestgennemstrømning. De ser på specifikationen for forbigående genopretningstid for at bestemme, hvilken forsyning der vil være bedst til deres anvendelse. Så strømforsyningsleverandøren skal være i stand til nøjagtigt at måle strømforsyningens forbigående gendannelsestid for at præsentere den bedst mulige specifikation for PA-producenter.


Måling af forbigående restitutionstid


Den udfordrende del af måling af belastnings-transient genopretningstid er at bestemme, hvornår spændingen går ind i tolerancebåndet. Det gennemsnitlige voltmeter kan nemt måle, om DC-udgangsspændingen er inden for tolerancebåndet. Det er dog et langsomt instrument og vil ikke være i stand til at sample hurtigt nok til at give en meningsfuld tidsmåling med tilstrækkelig opløsning til at sige, hvor hurtigt spændingen kom ind i tolerancebåndet.


Ser man ud over det gennemsnitlige voltmeter, kan visse højhastighedsvoltmetre måle titusindvis af aflæsninger i sekundet med tilstrækkelig nøjagtighed til at registrere, hvornår strømforsyningsspændingen præcist går ind i tolerancebåndet. Et sådant eksempel er Keysights 34470A DMM. Efterhånden som forbigående genoprettelsestider forbedres, bliver disse voltmetre, selv ved at fange data ved 50 ksamples/s, for langsomme til at fange den hurtige genopretningstid.  


FRA VORES PARTNERE
2.7-V til 24-V, 2.7-mΩ, 15-A eFuse med hot-swap-beskyttelse, ±1.5 % strømmonitor og juster. fejl mgmt
TPS25982 2.7-V til 24-V, 2.7 mΩ, 15-A Smart eFuse - Integreret Hot-Swap-beskyttelse med 1.5 % nøjagtig belastningsstrømovervågning og justerbar transient...
WaveRunner 8000HD: Multi-rail Analyse
Foretag følsomme målinger, som karakterisering af skinnekollaps, med fuld tillid takket være WaveRunner 8000HDs høje dynamiske område og 0.5 %...
Et scope ville være et mere rimeligt værktøj at bruge, da det nemt kan fange og visualisere meget hurtige transienter. Det gennemsnitlige omfang har dog typisk 1%-3% lodret nøjagtighed og 8-bit opløsning. Som følge heraf kæmper det for at give tilstrækkelig vertikal nøjagtighed og opløsning til præcist at lokalisere, hvornår DC-udgangsspændingen når det smalle tolerancebånd. 


Ved at sætte kikkerten i AC-kobling forsøger man at zoome ind på tolerancebåndet. Der vil dog blive indført fejl, da det post-transiente afgjorte jævnstrømsniveau vil blive forvrænget på grund af AC-koblingen. Dette kan gøre det vanskeligt præcist at identificere det post-transiente DC-niveau inden for tolerancebåndet, da den fastlagte DC-spænding bliver "trukket ned" af AC-koblingen.


En anden mulighed ville være at lade skopet være i dc-kobling, men bruge en stor dc-offset på scopet for at zoome ind på tolerancebåndet. Dette fungerer godt med DC-udgange i 0- til 10-V-niveauet, men efterhånden som DC-udgangen stiger, skal DC-offset også klatre. Med store jævnstrømsforskydninger skal minimum volt/division også stige for at understøtte den store jævnstrømsforskydning, hvilket resulterer i mindre måleopløsning på tolerancebåndet.  


For strømforsyninger med et bredere spændingstolerancebånd kan skoper bruges til at udføre disse målinger. Faktisk tilbyder Keysight oscilloskoper indbygget effektanalysesoftware, der foretager transiente responsmålinger via nøglefærdige operationer (tjek www.keysight.com/find/scopes-power). De højeste ydeevne skoper med 10 eller 12 bits opløsning har mere fleksibilitet og mere avancerede frontends, hvilket giver dem mulighed for at foretage disse målinger selv for smalle spændingstolerancebånd. Disse skoper er dog ikke så almindelige på den gennemsnitlige laboratoriebænk.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filer Uploads 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Dette skærmbillede fra Keysight IntegraVision Power Analyzer viser måling af spænding-transient gendannelsestid.




For strømforsyninger med snævre spændingstolerancebånd kan en højtydende strømkvalitetsanalysator udføre denne måling - forudsat at den har mulighed for enkelt-shot-måling. Enkeltskudsmåling er nødvendig, fordi transienten er en enkeltskudshændelse udløst af den stigende flanke af den aktuelle puls. Alternativt, hvis du kan generere en gentagen belastningsstrømtransient, såsom en firkantbølge, hvor strømmen springer mellem høje og lave strømværdier, kan du bruge en effektanalysator uden enkeltskudsmåling til at fange den gentagne transiente hændelse.  


Højtydende effektanalysatorer har bedre end 0.1 % vertikal nøjagtighed, 16-bit opløsning og digitaliseringshastigheder på 1 Msample/s eller mere. Denne kombination af hurtig digitalisering og nøjagtig spændingsmåling giver dig mulighed for nemt at måle strømforsyningens belastningstransientrespons og identificere, hvornår det smalle tolerancebånd er nået. Da en effektanalysator direkte kan måle spænding og strøm uden sonder, kan du hurtigt konfigurere denne måling til at trigge fra den stigende kant af strømmen og derefter måle spændingsgenvindingstiden.  


En effektanalysator med denne egenskab er IntegraVision Power Analyzer (fig. 2), som giver single-shot 5-Msample/s digitalisering ved 16 bits samtidigt på både spænding og strøm, med 0.05 % grundlæggende nøjagtighed, alt sammen vist på en stor farveberøringsskærm . Målingen udføres på en 10-V forsyning, der pulseres mellem 2A og 8A. Dets transiente genopretningsbånd er ±100 mV.


Ved hjælp af IntegraVisions to Y-markører kan du identificere toppen (10.1 V) og bunden (9.9 V) af spændingstolerancebåndet. Derefter kan du med de to X-markører identificere, hvornår transienten begynder på den aktuelle bølgeform med markør X1, og hvornår spændingen går ind i tolerancebåndet med markør X2. Tidsforskellen mellem X1 og X2 er den forbigående restitutionstid, målt som 90.4 μs.

Læg en besked 

Message List