如何供電、加載、以及測試電源管理電路(二)

基于不同的考慮有不同電路結構

大多數(shù)直流電源轉(zhuǎn)換器電路結構中包含輸入電容和輸出電容，然而電阻Z2表現(xiàn)出不同的結構。

有些轉(zhuǎn)換器例如升壓轉(zhuǎn)換器，在它的輸入端有一個電感。一個典型的例子即美國國家半導體LM3481型升壓控制器。它的電路結構中處于輸入端的電感使得輸入電流變化得非常緩慢，由于這種微弱的輸入電流波動，因而不需要太大的輸入電容，因此其直流供電也相對穩(wěn)定。

但是升壓轉(zhuǎn)換器的啟動需要大輸入電流，顧名思義，在這種電路結構中輸入電流要比輸出電流大很多。在整個啟動過程中，需要對輸出電容進行充電，這就需要在啟動過程中有大的占空比和大輸入電流。

在步降開關模式電源供電中，輸入電流通常比輸出電流要小，對于步降電源中的輸出電容的充電過程，其所需的輸入電流比升壓轉(zhuǎn)換器的要小。一個例子就是美國國家半導體的LM5575型的簡易步降電源開關，它提供了一種可調(diào)的軟啟動功能，可以用于降低實驗室電源的啟動負載。

測試模式下的電路加載

一種簡單的測試模式下的被測電路加載方法就是使用電子式負載箱，這時只需要直接調(diào)節(jié)負載箱的負載電流，而不需要專門設置合適的電阻，可以通過增加和減少電阻來調(diào)節(jié)實現(xiàn)。

盡管如此，對于許多電源供電測試來說，電子式負載箱的電路行為和實際系統(tǒng)中的負載是不一樣的，負載箱中的主動控制環(huán)路可以保持恒定的電流，當在電路測試中啟動被測電路后緩慢增加輸出電壓，負載箱會改變它的阻抗(圖2中的Z3)持續(xù)下拉電流，有時這個阻抗會非常低，輸出負載非常高，以至于測試電路無法建立起輸出全電壓。大部分的負載箱也可以設置成為固定電阻值而不是固定電流值，盡管常常固定電流值會簡化測試。

圖4顯示了一個降壓穩(wěn)壓器的啟動過程的示波器圖，其中輸出端有活動負載。

圖4

圖5顯示了同樣的啟動過程，不過其輸出端是純電阻和被動負載。

圖5

在這些啟動測試中，通過控制實驗室電源供電按鈕(通道2，紫色)緩慢增加輸入電壓，通道4(綠色)顯示輸出電流是1A,通道1(黃色)顯示被測電路的輸出電壓，被設置為5V圖4顯示了當活動負載在開始調(diào)節(jié)1A電流時所出現(xiàn)的大的電流尖峰，負載將電流上拉至1A, 在此過程中，評估板(通道1)的輸出電壓被強制為低。

圖5顯示了同樣的啟動過程，不過用電子式負載代替了活動負載，使用了5Ω電阻，正如我們所期望的一樣，輸出電流隨著輸出電壓線性增加。

圖6顯示了另一種可能的啟動過程。

圖6

這里使用了一個電子式負載，但是采用了電阻模式，通過設定5Ω的固定電阻獲得1A的電流，注意此時的時間軸被放大，表明在實際的啟動過程中，開始電路并沒有負載，只是在60毫秒后負載才突然應用于電路中。

對于同樣電子式負載的電路行為則非常微妙，如果不用探針對輸出電流進行測量，不太可能探測到其電路行為，啟動后，能夠在電子式負載顯示上看到1A 的電流，在最初的幾毫秒內(nèi)，啟動過程看起來非常漂亮和干凈，實際上，在啟動過程中負載并沒有應用于電路中，但是在一個較長的延遲事件后被激活。

原則上，被測電源管理電路的啟動過程、瞬時負載，以及間歇性的短路行為都需要在被動負載條件下被測試，以便于觀測真實的被測電路行為。因為我們的目的并不是評估活動負載箱的校準回路。盡管如此，在穩(wěn)態(tài)測試中，電子式負載依然可以給我們帶來很多方便，例如可以改變輸出電流而不會帶來嚴重的后果。

一般來說，只要實驗室電源供電有足夠的峰值電流能夠給被測器件上電同時給負載供電，就可以在上電之前將被動負載附在被測電路上，有些被測電路需要有一個最小的負載值用于更好的校準輸出電壓。

在被測電路上電后插拔負載會給被測電路帶來大的瞬態(tài)負載，這種瞬態(tài)負載通常會導致輸出電壓過沖或者下沖。直流轉(zhuǎn)換器的評估板一般不會對這種大的瞬態(tài)負載作針對性的優(yōu)化，因此這種輸出電壓的過沖很可能會破壞被測電路的輸出電容，當然這要取決于被測電路的輸出電壓等級以及評估板對瞬態(tài)負載的優(yōu)化程度。

評估板的設計往往要考慮以下幾個因素：尺寸大小，外部器件的成本，輸出電壓波動，效率，供電和負載瞬變以及輸入和輸出電壓范圍。這些設計目標有時是互斥的，因此對于電源的設計工程師來說，相對于對被測電路的輸出電壓電路測試和插拔負載測試來說，對被測電路更小的電路瞬態(tài)觀測其輸出電壓是更省事(懷疑應為安全，請確認)的辦法。

如果沒有被測電路的校準回路，對電感進行充電的能量足以引起大的輸出電壓過沖，這種情況往往發(fā)生在突然移走負載，導致被測電路的輸入電壓過高而輸出電壓過低的時候。

實驗室測試如何接近真實的系統(tǒng)

很多實際的系統(tǒng)往往起電源來自于很近的本地供電，例如一節(jié)電池綁定直流轉(zhuǎn)換器，這種情況下，供電線很短因此問題較少，負載往往和電源供電離得很近，負載線很短因此電感值很低，當然，也有很多實際的系統(tǒng)中，電源和直流轉(zhuǎn)換器之間距離很遠，例如交流變壓器，也有一些系統(tǒng)例如 LED的驅(qū)動電路通常其負載與直流轉(zhuǎn)換器距離很遠，因此其負載線更長，阻抗更高。

總之，盡管存在一些不確定因素，但本文中所描述的所有評估直流轉(zhuǎn)換器的規(guī)則和方法在實際的應用中是行之有效的。

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