以浪涌抗擾度的視角談前級(jí)EMC的設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)響應(yīng)是電源測(cè)試中的一個(gè)重要指標(biāo)，要設(shè)計(jì)滿足要求的電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)，必然及到環(huán)路問題。說起環(huán)路設(shè)計(jì)，會(huì)讓很多工程師眉頭緊皺、無從下手的困境，現(xiàn)本文從以下幾個(gè)方面來談一談動(dòng)態(tài)響應(yīng)設(shè)計(jì)思路，解決設(shè)計(jì)遇到的刺手問題。

一、開關(guān)電源為什么需要?jiǎng)討B(tài)響應(yīng)測(cè)試？

開關(guān)電源作為整個(gè)系統(tǒng)的供電“心臟”，當(dāng)它的輸出負(fù)載電流發(fā)生跳變時(shí)，對(duì)輸出電壓的波動(dòng)有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求：必須限制在一定的容差范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)電路的穩(wěn)定工作。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，低壓大電流的各種電子設(shè)備成為主流的設(shè)計(jì)思路，電流需求量不斷提高，要確保電源輸出波動(dòng)在一個(gè)范圍內(nèi)，成為業(yè)內(nèi)一個(gè)比較刺手的問題，一直困擾的工程師。

二、電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)的測(cè)試方法和要求

輸入：規(guī)格中定義的最小、標(biāo)稱及最大輸入直流電壓；輸出：規(guī)格中定義的動(dòng)態(tài)負(fù)載電流條件及規(guī)格所允許的最小電容負(fù)載。比如E2405UHBD-20W ，輸入電壓范圍：9-36VDC，則選擇固定的輸入電壓9VDC、24VDC、36VDC，標(biāo)稱輸出電壓5V，負(fù)載電流在額定值的25％-50％-25％和50％-75％-50％變化下測(cè)試，如圖一所示。

圖一  測(cè)試示意圖

負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化是有嚴(yán)格要求的，依規(guī)格要求設(shè)定負(fù)載電流的起始點(diǎn)、終點(diǎn)，負(fù)載電流的上升、下降速率及負(fù)載電流的變化周期，如圖二所示。給產(chǎn)品上電后按規(guī)格要求，調(diào)整負(fù)載電流的變化周期t12、t23、tr、tf。

圖二  動(dòng)態(tài)負(fù)載電流設(shè)置示意圖

三、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的測(cè)試判定準(zhǔn)則

按照?qǐng)D一、圖二搭接好測(cè)試電路圖和調(diào)整好測(cè)試參數(shù)后，輸出負(fù)載在額定值的25％-50％-25％和50％-75％-50％變化（電流跳變的斜率為0.08~0.1A/uS，周期大于該動(dòng)態(tài)完全穩(wěn)定所需），用示波器抓取產(chǎn)品輸出紋波噪聲波形，并調(diào)節(jié)波形至動(dòng)態(tài)波形顯示，記錄此時(shí)的過欠沖幅度和恢復(fù)時(shí)間；調(diào)節(jié)供電電壓和負(fù)載跳變方式分別記錄不同組合下的過欠沖幅度和恢復(fù)時(shí)間。

判定條件 

a、各輸出測(cè)量值符合規(guī)格要求；

b、不能有震鈴(反饋回路欠阻尼)現(xiàn)象；

c、待測(cè)電源不可以損壞；

d、待測(cè)電源不可以工作不穩(wěn)定，甚至關(guān)機(jī)(Shut down)；

e、響應(yīng)時(shí)間符合要求。

四、動(dòng)態(tài)響應(yīng)與什么有關(guān)？該如何整改？

電源的負(fù)載動(dòng)態(tài)特性與環(huán)路的響應(yīng)特性有關(guān)，是好是壞在動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)特別明顯?？傊牟呗灾笇?dǎo)思路：“反饋環(huán)路的帶寬越寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度越快；阻尼系數(shù)越小，過沖越大”。

a、在器件高頻特性、EMC、效率允許的條件下，通過提高開關(guān)頻率來提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，或者讓占空在動(dòng)態(tài)情形下逐步增大，以避免如電流突變引起的問題；

b、利用電容、電感，電容容量越大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越??；電感感量越小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越快；

c、反饋環(huán)路的帶寬越寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度越快，那就是在高增益下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。零點(diǎn)會(huì)改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，極點(diǎn)會(huì)減慢動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，那就是超前補(bǔ)償使系統(tǒng)響應(yīng)速度更快，滯后補(bǔ)償使系統(tǒng)響應(yīng)速度更慢。

d、相位閾度越小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)越快，但是太小，會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩。

e、使用高可靠性的電源模塊，致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個(gè)系列，封裝形式多樣，兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測(cè)試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。