動態負載帶來了電源領域最具挑戰的幾個問題。快速變化的電流或脈沖電流異常難控制,許多被測設備DUTs,devices under都會為電源帶來快速變化的電流或脈沖負載。 由電池供電的設備,如智能手機,設計師會應用電源管理技術優化運行時間。這里的電源管理算法會控制子系統的開關從而節省電量,但這種做法會造成電流快速變化。 一個GSM發射脈沖能在接近600μs寬度的發射脈沖時間里,達到0.15A/μs的邊沿斜率。發射脈沖的快速邊沿會導致電源輸出電壓在發射時出現下降,引發被測端的電壓出現錯誤,隨著脈沖不斷出現,電壓不穩的情況也會很多。
如果處理器很強大,操作電壓會從3V降到不到1V,而隨著電壓下降,電流則上升,而電流上升加之處理器的高速運轉,電流消耗也會急速變化。
再次說明,電源在對測試中的被測設備供電的時候,高速電流會導致輸出電壓下降。1V輸出的時候,可能會下降數百毫伏,讓測試失效,還可能帶來電壓不穩,從而導致整個系統停止運行。
尋找解決方法
通常用戶都會找提供電源的廠商來解決問題。一定程度上有可能找到一家供應商,提供能適應快速變化電流的電源。但電流變化有多款,di/dt如何,才是關鍵因素。
對于GSM這樣速度的脈沖,一款能維持電壓輸出、快速整流以減少電壓下降的電源是有可能實現的。但有時候,電源無法快速響應,物理原因和電源與被測設備間導線的電感就成了問題所在。
V= L * di/dt的公式表示了導線中由于電感導致的電壓下降。普通導線每英尺的電感接近0.1
μH,超低電感導線該數值為5-10nH。因此如果在1μs上升時間內有100A的電流變化穿過10nH的低電感導線,就會在導線上看到1V的電壓降(圖1),而且相反地,電壓快速下降,就能看到電壓由于導線導致的突升(也稱作感應沖擊)。
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2013-10-21 14:53 上傳
圖1.改變電流會影響導線電感的壓降 解耦電容器經常用來減小快速變化的電流從而減輕電壓下降。但這些電容只能解決電源和電容器之間的問題。電容緩慢充電,在電流變化的期間維持電壓,使得電源不會出現高di/dt。
然而在電容器和被測設備之間仍會有高di/dt。所以電容必須非常接近被測設備,解耦電容器和被測設備輸入端之間的引線電感足夠小,從而當快速變化的電容沖擊電容器的時候(圖2),能在電容和被測設備之間的短電流通道最大程度地減輕電壓下降。
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圖2.高di/dt會在解耦電容器和被測設備之間流動,因此需要考慮導線電感 有時電容器還不太實際。足夠容量降低di/dt的電容器通常體積很大,無法放在被測設備附近,特別是在微型化的電子產品中。如果需要測量被測設備的輸入電流,可以嘗試測量電源和電容器之間的電流,但看不到流進被測設備的電流如何。實際上這是為什么先放置電容器的原因。
隨后還要測量電容和被測設備之間的電流。但普通的電流傳感器,如電流探測器或分流器都要另加入額外長度的引線。此外,外加引線的電感也會是造成電壓下降的原因。
因此為了控制高電流脈沖應該:
使用低電感的導線
在電源和被測設備中使用導線的時候,綁緊或者擰住征服輸出引線,以減少導線之間的回路面積,從而減少電感。 避免管腳之間距離很開的大型連接器。這些距離將增加引腳之間的面積,從而增加電感。 大電容盡可能靠近被測設備,考慮到允許的空間,假設電容器不會干擾被測設備的測量或運行。
用高質量的,耐受快速電壓變化的電源。專為此目的設計的電源通常稱為“動態電源”、“脈沖負載電源”或者“高速電源”。
[此貼子已經被作者于2012-7-26 16:08:42編輯過]
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