如何對電源做負載瞬態(tài)響應測試

電源是電子產(chǎn)品的核心部分，作為一個硬件工程師，當電源完成設計時，對電源做負載瞬態(tài)響應測試通常是必不可少的測試環(huán)節(jié)。通常的電子負載都具有瞬態(tài)響應測試功能。

當你手頭沒有電子負載時，可以自己自制一個簡單的測試工具來測量電源的瞬態(tài)響應功能。以下是測試方法。

負載瞬變測試工具的核心是單片機控制下的MOSFET功率開關，它以一定的占空比工作在開和關兩種狀態(tài)下，當它與電源的輸出端連接在一起時， MOSFET開關控制的負載電阻便時斷時續(xù)地接入電路中，因此而形成快速變化的負載脈沖。這種方法生成的負載階躍變化速度很快（約 500ns 上升/下降時間），可以用于任意輸出電壓電源的測試中。當這樣的階躍負載被施加到電源輸出端以后，我們可以通過測量輸出電壓的波形，對控制回路的穩(wěn)定性進行分析。

快速變化的負載階躍可在寬闊的頻率范圍內對調節(jié)器的控制環(huán)路構成沖擊，假如控制環(huán)路的穩(wěn)定性不足或是處于欠阻尼情況下，它的輸出電壓波形上就會出現(xiàn)振鈴信號。這種方法僅在連續(xù)導通模式（ CCM）下才是有效的， 因而測試過程中需要避免出現(xiàn)非連續(xù)導通模式（ PSM），即使是 PSM-CCM 的轉換過程也要避免，所以需要將靜態(tài)負載調節(jié)到使系統(tǒng)工作在 CCM 模式下。

下圖分別顯示了一個很差和一個很好的3.3V/3A 轉換器的負載階躍響應的波形。在第1個圖的波形上，電源的輸出電壓在負載發(fā)生跳變后出現(xiàn)了嚴重的振蕩現(xiàn)象，這表示它的控制環(huán)路存在明顯的穩(wěn)定性問題。在大多數(shù)情況下，這都是由于轉換器的環(huán)路補償設置與輸出電容的容量不匹配而造成的。

除了環(huán)路的穩(wěn)定性問題以外， PCB 布局中的路徑電感、 電源輸入端的振蕩過程等也會造成類似的的振鈴現(xiàn)象。如果我們使用快速負載瞬變測試工具來測試，這些問題都可以很容易地被定位出來。

上圖是通過單片機來驅動MOSFET的,MOSFET 的柵極驅動電路是按照開關切換速度大約 為500ns 上升/下降時間設定的，減小或取消 C2 可以提高開關速度。實際的負載電流變化速度還與測試工具和測試對象之間的連線電感的大小有關，當測試電壓很低時（如<2V），最好是使用短而粗的導線來連接工具和測試對象。

JP1~JP7 為跳線器，用來選擇需要的脈沖負載電阻。

通過示波器可以測量出電流脈沖的上升和下降時間 。電路在工作時會產(chǎn)生寄生 自感 , 寄生自感是限制電流脈沖上升時間的主要因素，自感狀態(tài)的公式是：V/L=di/dt.這里V表示所加的電壓 , L表示電感值 , di/dt表示電流在每秒鐘 的變化率 。如果對電源的負載電流變化率要求越高的話 , 那么要求負載總的自感量越小 ，假定電源電壓為3.3V , 10A/ns的di/dt要求負載的總自感不超過0.33mH ,這么低的自感 , 要求選擇精確的負載電阻和合理的電路布局。負載電阻必須是金屬氧化物 、碳素薄膜或含其他碳素元件 。可以將多個負載電阻并聯(lián) , 將多個電阻并聯(lián)起來后自感平均到每個電阻上 , 從而使附加自感最小 , 同時它還降低了電流的上升時間 , 任何附加的自感都會導致振鈴 , 并且使示波器測量波形變得很困難。

我們可以通過單片機來調節(jié)輸出PWM的頻率和占空比，通過調節(jié)這些參數(shù)來測試電源的響應能力、當然我們也可以使用NE555來代替單片機來實現(xiàn)同樣的功能。

原文標題：電源負載瞬態(tài)響應測試工具

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