Понимание и измерение переходного времени восстановления источника питания

Этот тип файла включает графику и схемы с высоким разрешением, если применимо.

Боб Золло, специалист по планированию продукции, подразделение Power and Energy, Keysight Technologies
Время восстановления источника питания в переходном режиме является спецификацией источника питания постоянного тока. Он описывает, как быстро источник питания будет восстанавливаться после состояния переходной нагрузки на выходе источника питания.   


При идеальном источнике питания, работающем при постоянном напряжении, выходное напряжение будет оставаться на запрограммированном уровне независимо от тока, потребляемого от источника питания нагрузкой. Однако реальный источник питания не может поддерживать запрограммированное напряжение при быстром увеличении тока нагрузки.


В ответ на быстрое увеличение тока напряжение источника питания будет падать до тех пор, пока контур обратной связи регулирования источника питания не вернет напряжение к запрограммированному значению. Время, необходимое для возврата значения к запрограммированному значению, является временем восстановления переходного режима нагрузки (рис. 1).


Обратите внимание, что если переходный процесс тока нагрузки не является быстрым переходным процессом, а медленно нарастает или спадает, то контур обратной связи регулирования источника питания будет достаточно быстрым, чтобы регулировать и поддерживать выходное напряжение без каких-либо видимых переходных процессов. По мере того, как скорость фронта переходного процесса увеличивается, она превышает способность контура обратной связи источника питания «поддерживать» и удерживать постоянное напряжение, что приводит к переходному процессу нагрузки.


Сайты Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Время восстановления после переходного режима нагрузки — это время «X», в течение которого выходное напряжение восстанавливается и остается в пределах «Y» милливольт от номинального выходного напряжения после ступенчатого изменения тока нагрузки «Z». «Y» — указанный диапазон восстановления или диапазон установления, а «Z» — указанное изменение тока нагрузки, обычно равное номинальному току полной нагрузки источника питания.




Время восстановления переходного режима источника питания измеряется от начала переходного процесса тока нагрузки до момента, когда источник питания стабилизируется и снова достигнет запрограммированного значения. Но каждый раз, когда вы указываете «достигает запрограммированного значения», вы должны указывать в пределах допустимого диапазона. Таким образом, время восстановления нагрузки источника питания при переходных режимах определяется как время, необходимое для достижения допустимого диапазона в несколько процентов от запрограммированного значения, в несколько процентов от номинальной выходной мощности или даже в фиксированный диапазон допустимых значений напряжения. В таблице приведены некоторые примеры переходных характеристик источника питания.  


Глядя на блок питания Keysight N7952A, вы можете видеть, что диапазон допустимых значений переходного времени восстановления составляет 100 мВ. При измерении переходного времени восстановления, если выходное напряжение составляет 25 В, необходимо измерить, сколько времени требуется источнику питания для восстановления в пределах ±100 мВ около 25 В.






Сайты Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Усилители мощности демонстрируют важность переходного времени восстановления


Давайте рассмотрим пример приложения, в котором важна переходная характеристика источника питания постоянного тока. При тестировании усилителей мощности (УМ), используемых в мобильных устройствах (таких как сотовые телефоны или планшеты), очень важно, чтобы постоянное напряжение смещения в тестируемом устройстве (ИУ) оставалось постоянным и стабильным. Если во время испытания напряжение будет колебаться или изменяться, надлежащие условия испытаний не будут поддерживаться, и результирующие измерения ВЧ-мощности на ИУ будут неправильными.     


В данном случае с ПА ситуация усугубляется из-за текущего профиля. PA передает в импульсах и, следовательно, получает ток от смещения постоянного тока в импульсах. Эти импульсы имеют высокую скорость фронта и, следовательно, представляют собой значительные переходные процессы нагрузки при смещении постоянного тока. Каждый раз, когда УМ включается, он потребляет большой ток, который тормозит источник питания смещения постоянного тока. Электропитание восстановится быстро; однако в то время, когда источник питания реагирует на переходный процесс, его напряжение не соответствует требуемому для теста значению. Как только электропитание восстановится, УМ будет работать в правильных условиях тестирования, и, таким образом, станет возможным провести надлежащие измерения ВЧ-мощности. 


Поскольку каждый год производятся и тестируются миллиарды усилителей мощности, производительность тестирования имеет решающее значение. Если источник питания восстанавливается медленно, это увеличивает время тестирования PA и, следовательно, снижает производительность производственного тестирования. Поэтому производители усилителей мощности ищут источники питания с быстрым восстановлением, чтобы обеспечить максимальную производительность производственных испытаний. Они обращаются к спецификации переходного времени восстановления, чтобы определить, какой источник лучше всего подходит для их применения. Таким образом, поставщик блоков питания должен иметь возможность точно измерять переходное время восстановления источника питания, чтобы предоставить наилучшие технические характеристики производителям усилителей мощности.


Измерение переходного времени восстановления


Сложной частью измерения времени восстановления после переходного режима нагрузки является определение момента, когда напряжение входит в диапазон допустимых значений. Средний вольтметр может легко измерить, находится ли выходное постоянное напряжение в допустимых пределах. Однако это медленный прибор, и он не сможет производить выборку достаточно быстро, чтобы дать значимое измерение времени с адекватным разрешением, чтобы сказать, как быстро напряжение вошло в диапазон допустимых значений.


Помимо среднего вольтметра, некоторые высокоскоростные вольтметры могут измерять десятки тысяч показаний в секунду с достаточной точностью, чтобы точно определить, когда напряжение источника питания точно входит в диапазон допустимых значений. Одним из таких примеров является цифровой мультиметр Keysight 34470A. По мере улучшения переходного времени восстановления эти вольтметры, даже регистрирующие данные со скоростью 50 тыс. отсчетов/с, становятся слишком медленными, чтобы регистрировать быстрое время восстановления.  


ОТ НАШИХ ПАРТНЕРОВ
2.7–24 В, 2.7 мОм, 15 А eFuse с защитой от горячей замены, контролем тока ±1.5 % и регулировкой. неисправность
TPS25982 2.7–24 В, 2.7 мОм, 15 А Smart eFuse — встроенная защита от горячей замены с точным контролем тока нагрузки 1.5 % и регулируемым переходным…
WaveRunner 8000HD: многоканальный анализ
Выполняйте точные измерения, такие как характеристика обрушения рельсов, с полной уверенностью благодаря широкому динамическому диапазону WaveRunner 8000HD и погрешности 0.5%…
Осциллограф был бы более разумным инструментом для использования, так как он может легко захватывать и визуализировать очень быстрые переходные процессы. Однако средний прицел обычно имеет вертикальную точность 1-3% и 8-битное разрешение. Следовательно, он изо всех сил пытается обеспечить достаточную точность по вертикали и разрешение, чтобы точно определить, когда выходное напряжение постоянного тока достигает узкого диапазона допустимых значений. 


Включив прицел в связь по переменному току, вы пытаетесь увеличить диапазон допусков. Однако будет внесена ошибка, поскольку установившийся после переходного процесса уровень постоянного тока будет искажен из-за связи по переменному току. Это может затруднить точное определение уровня постпереходного постоянного тока в пределах допустимого диапазона, поскольку установившееся постоянное напряжение «снижается» связью по переменному току.


Другим вариантом было бы оставить осциллограф на связи по постоянному току, но использовать большое смещение по постоянному току на осциллографе, чтобы увеличить диапазон допуска. Это хорошо работает с выходами постоянного тока с уровнем от 0 до 10 В, но по мере того, как выход постоянного тока увеличивается, смещение постоянного тока также должно увеличиваться. При больших смещениях по постоянному току минимальное значение вольт/дел также должно увеличиваться, чтобы поддерживать большое смещение по постоянному току, что приводит к меньшему разрешению измерений в диапазоне допусков.  


Для источников питания с более широким диапазоном допустимых значений напряжения для проведения этих измерений можно использовать осциллографы. На самом деле, осциллографы Keysight предлагают встроенное программное обеспечение для анализа мощности, которое позволяет выполнять измерения переходных характеристик с помощью операций «под ключ» (см. www.keysight.com/find/scopes-power). Осциллографы с наивысшими характеристиками, с разрешением 10 или 12 бит, обладают большей гибкостью и более совершенными входными каскадами, что позволяет им выполнять эти измерения даже в узких диапазонах допуска напряжения. Однако эти прицелы не так распространены на обычном лабораторном столе.


Сайты Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Загрузка файлов 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. На этом снимке экрана анализатора мощности Keysight IntegraVision показано измерение времени восстановления переходного процесса напряжения.




Для источников питания с узкими диапазонами допустимых значений напряжения это измерение может выполнить высокопроизводительный анализатор качества электроэнергии, при условии, что он имеет возможность однократного измерения. Однократное измерение необходимо, поскольку переходный процесс представляет собой однократное событие, запускаемое нарастающим фронтом импульса тока. В качестве альтернативы, если вы можете генерировать повторяющиеся переходные процессы тока нагрузки, такие как прямоугольная волна, когда ток прыгает между высокими и низкими значениями тока, вы можете использовать анализатор мощности без однократного измерения для захвата повторяющихся переходных процессов.  


Высокопроизводительные анализаторы мощности имеют точность по вертикали выше 0.1 %, разрешение 16 бит и скорость оцифровки 1 млн отсчетов/с и более. Такое сочетание быстрой оцифровки и точного измерения напряжения позволяет легко измерять переходную характеристику нагрузки источника питания и определять, когда достигается узкий диапазон допустимых значений. Поскольку анализатор мощности может измерять напряжение и ток напрямую без пробников, вы можете быстро настроить это измерение для запуска по переднему фронту тока, а затем измерить время восстановления напряжения.  


Одним из анализаторов мощности с такой возможностью является анализатор мощности IntegraVision (рис. 2), который обеспечивает однократную оцифровку со скоростью 5 млн отсчетов в секунду при 16 битах одновременно как по напряжению, так и по току, с базовой точностью 0.05%, и все это отображается на большом цветном сенсорном экране. . Измерение выполняется при напряжении питания 10 В с импульсным током от 2 А до 8 А. Его переходная полоса восстановления составляет ±100 мВ.


Используя два маркера Y IntegraVision, вы можете определить верхнюю (10.1 В) и нижнюю (9.9 В) зону допустимого напряжения. Затем с помощью двух маркеров X вы можете определить, когда переходный процесс начинается на текущей осциллограмме с помощью маркера X1, а когда напряжение входит в диапазон допустимых значений, с помощью маркера X2. Разница во времени между X1 и X2 представляет собой переходное время восстановления, измеренное как 90.4 мкс.

Оставить сообщение 

Список сообщений