一文讀懂什么是電源瞬態(tài)響應(yīng)

您注意過在啟動(dòng)空調(diào)以后屋里的燈光瞬間變暗的情況嗎？這是因?yàn)榭照{(diào)吸收了大量電流，致使供電電壓下降，進(jìn)而導(dǎo)致了燈光變暗。一小段時(shí)間之后，電壓還會(huì)恢復(fù)正常。

直流電源上的輸出阻抗，也會(huì)造成類似的電壓瞬變。對(duì)電流的需求突然增加時(shí)，電源的輸出電壓就會(huì)瞬間下降。同理，電流的下降會(huì)導(dǎo)致電源電壓突然升高。

什么叫瞬態(tài)響應(yīng)？

瞬態(tài)響應(yīng)是當(dāng)負(fù)載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間，就會(huì)造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設(shè)定值。

首先來看一下這個(gè)波形（圖１），大約120mV的電壓跌落，持續(xù)時(shí)間約為30uS。這是一個(gè)高性能的程控電源的輸出，當(dāng)負(fù)載電流猛然增大時(shí)，輸出電壓瞬間的變化情況。

圖1：負(fù)載電流從1mA跳變到500mA時(shí)，輸出電壓的變化

這是任何電源都存在的問題。當(dāng)負(fù)載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間，就會(huì)造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設(shè)定值。這個(gè)示波器屏幕的截圖（圖1），就是當(dāng)我的一個(gè)電源的負(fù)載電流，從1mA瞬間變化到500mA時(shí)，輸出電壓經(jīng)歷了約30uS瞬間變化。

電源的這個(gè)特性，就是我們通常所稱的負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間，或者瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。它表征的是，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生突然變化的時(shí)候，電源電壓恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)所需要的時(shí)間。如圖2所示：

圖2：負(fù)載電流突然變化，造成電源電壓出現(xiàn)瞬態(tài)響應(yīng)

Chrent

瞬態(tài)響應(yīng)是電源在負(fù)載的巨大變化中恢復(fù)正常的速度

例如，對(duì)于型號(hào)為E36312A的電源來說，當(dāng)電流從50%變到100%時(shí)，其恢復(fù)到 15mV波動(dòng)內(nèi)的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間是50us。該電源有3個(gè)通道，通道1的最大電流是5A，50%就是2.5A。

圖3：上方顯示的是電流從50%升至100%、然后又返回50%所發(fā)生的電流曲線變化。響應(yīng)電壓如下方所示，其中包括小的瞬態(tài)變化。

圖4：圖中的輸出電壓顯示了較小的電壓瞬態(tài)變化。

圖5a：在電源E36312A的通道1上進(jìn)行瞬態(tài)測(cè)量。在電流從滿負(fù)載減至一半以后，電壓在30us內(nèi)恢復(fù)至15mV，反之亦然。

圖5b：峰值電壓通常與負(fù)載特性密切相關(guān)，因此不會(huì)被表征。切記，要用較短的電線并且雙絞，以便實(shí)現(xiàn)更快的瞬態(tài)響應(yīng)。

Chrent

在表征電源的瞬態(tài)響應(yīng)，我們通常會(huì)考慮3點(diǎn)

負(fù)載的幅度變化，例如，負(fù)載從全負(fù)載的50%，跳變到100%負(fù)載。對(duì)于最大10 A輸出電流的電源，就是負(fù)載的電流從5A跳變到了10A。

電源從開始變化開始，恢復(fù)到負(fù)載改變前設(shè)定電壓的一定范圍之內(nèi)。需要注意的是，由于負(fù)載的改變和電源的負(fù)載效應(yīng)雙重影響，電源電壓不可能回到負(fù)載改變前的值。這樣，我們就會(huì)規(guī)范一個(gè)范圍，例如恢復(fù)到負(fù)載改變前電壓的±20mV之內(nèi)，或±0.1%之內(nèi)。

瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間就是電壓恢復(fù)指定電源范圍內(nèi)需要的時(shí)間值。

Chrent

不同的電源就有不同的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間

例如，是德科技N6705直流電源分析儀中所用的高性能模塊N6751A高性能自動(dòng)量程直流電源模塊和精密直流電源模塊 N6761A，在指標(biāo)中標(biāo)為：

當(dāng)負(fù)載從60%跳變到100%，或者從100%跳變到60%時(shí)

電壓恢復(fù)到設(shè)定值的±75mV

瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間：<100μs

瞬態(tài)電壓特性是電源本身固有的特性。電源內(nèi)部有很多的儲(chǔ)能元件，電壓的調(diào)整需要從輸出回讀、比較標(biāo)準(zhǔn)電壓、調(diào)整開關(guān)占空比等一系列過程。提高控制回路的速度，可以提供更短的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。但有可能造成輸出非常不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)振蕩，就像我在圖2中所示的。因此，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)能力的電源，通常為了保證輸出質(zhì)量，就必須采用一些更為先進(jìn)的技術(shù)，從而提升了成本和價(jià)格。

如果電壓瞬態(tài)響應(yīng)能力較差，導(dǎo)致電壓跌落/過沖時(shí)間過長(zhǎng)，幅度過大，直接會(huì)造成很多問題。特別是對(duì)于不?？焖僮兓呢?fù)載，如手機(jī)、Wifi、無線傳感器等這些無線通信的設(shè)備和器件， 其變化速度可能已經(jīng)超過電源的瞬態(tài)響應(yīng)能力，就會(huì)使電源電壓無法達(dá)到其設(shè)定值，甚至還會(huì)造成被測(cè)件的自動(dòng)關(guān)機(jī)或重復(fù)啟動(dòng)。這會(huì)讓測(cè)量無法正常進(jìn)行。因此，如果有這種應(yīng)用，就必須考慮采用一個(gè)更快響應(yīng)能力的電源。

瞬態(tài)電壓過沖或跌落幅度通常不被表怔, 這是由于該參數(shù)很大程度上取決與負(fù)載的特性。通常情況下，這個(gè)值會(huì)小于1V。但市面上有些電源的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，如果處理不好，在負(fù)載、電源及導(dǎo)線共同影響下, 過沖電壓可能會(huì)達(dá)到1-4V。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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