Pochopenie a meranie prechodného času obnovy napájania

Tento typ súboru obsahuje grafiku s vysokým rozlíšením a prípadne schémy.

Bob Zollo, produktový plánovač, divízia Power and Energy, Keysight Technologies
Čas prechodu napájacieho zdroja je špecifikáciou jednosmerného napájacieho zdroja. Popisuje, ako rýchlo sa napájací zdroj zotaví z prechodného zaťaženia na výstupe napájacieho zdroja.   


Pri ideálnom napájacom zdroji pracujúcom pri konštantnom napätí by výstupné napätie zostalo na naprogramovanej hodnote bez ohľadu na prúd odoberaný z napájacieho zdroja záťažou. Skutočný napájací zdroj však nedokáže udržať svoje naprogramované napätie, keď dôjde k rýchlemu nárastu záťažového prúdu.


V reakcii na rýchly nárast prúdu bude napájacie napätie klesať, kým spätná väzba regulácie napájacieho zdroja nezvýši napätie späť na naprogramovanú hodnotu. Čas, ktorý trvá, kým sa hodnota vráti na naprogramovanú hodnotu, je čas prechodného zotavenia záťaže (obr. 1).


Všimnite si, že ak prechodový jav záťaž-prúd nie je rýchly, ale skôr pomaly stúpa alebo klesá, spätnoväzbová slučka regulácie napájacieho zdroja bude dostatočne rýchla na reguláciu a udržanie výstupného napätia bez akéhokoľvek viditeľného prechodného javu. Keď sa okrajová rýchlosť aktuálneho prechodového javu zvyšuje, prekračuje schopnosť spätnoväzbovej slučky napájacieho zdroja „udržiavať“ a udržiavať konštantné napätie, čo vedie k prechodnému javu záťaže.


Electronicdesign Com stránky Electronicdesign com Odovzdávanie súborov 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Čas zotavenia po prechodnom zaťažení je čas „X“, kým sa výstupné napätie obnoví a zostane v rámci „Y“ milivoltov menovitého výstupného napätia po skokovej zmene prúdu záťaže „Z“ zosilňovača. „Y“ je špecifikované pásmo zotavenia alebo pásmo ustálenia a „Z“ je špecifikovaná zmena záťažového prúdu, ktorá sa zvyčajne rovná menovitému prúdu plného záťaže zdroja.




Čas obnovy prechodového stavu napájacieho zdroja sa meria od začiatku prechodného prechodu záťaže do momentu, keď sa napájanie ustáli a opäť dosiahne naprogramovanú hodnotu. Ale kedykoľvek zadáte „dosahuje naprogramovanú hodnotu“, musíte zadať v rámci tolerančného pásma. Čas obnovy napájacieho zdroja po prechode je teda špecifikovaný ako čas potrebný na dosiahnutie tolerančného pásma niekoľkých percent naprogramovanej hodnoty, určitého percenta menovitého výkonu alebo dokonca pevného pásma tolerancie napätia. V tabuľke sú uvedené niektoré príklady špecifikácií prechodových javov napájania.  


Pri pohľade na napájací zdroj Keysight N7952A môžete vidieť, že pásmo tolerancie prechodného času obnovy je špecifikované ako 100 mV. Pri meraní doby prechodu na obnovenie, ak je výstupné napätie 25 V, musíte zmerať, ako dlho trvá, kým sa zdroj vráti späť na hodnotu ±100 mV okolo 25 V.






Electronicdesign Com stránky Electronicdesign com Odovzdávanie súborov 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Výkonové zosilňovače sú príkladom, prečo je prechodný čas zotavenia dôležitý


Pozrime sa na príklad aplikácie, kde je dôležitá prechodná odozva jednosmerného napájania. Pri testovaní výkonových zosilňovačov (PA) používaných v mobilných zariadeniach (ako sú mobilné telefóny alebo tablety) je veľmi dôležité, aby jednosmerné predpätie do testovaného zariadenia (DUT) zostalo na pevnom a stabilnom napätí. Ak by napätie počas testu kolísalo alebo sa zmenilo, nie sú dodržané správne testovacie podmienky a výsledné merania RF výkonu na DUT nebudú správne.     


V tomto prípade PA je situácia vyhrotená vzhľadom na aktuálny profil. PA vysiela v impulzoch, a preto ťahá prúd z jednosmerného predpätia v impulzoch. Tieto impulzy majú rýchle okrajové rýchlosti, a preto predstavujú významné prechodové javy zaťaženia na jednosmernom predpätí. Zakaždým, keď PA pulzuje, odoberá vysoký prúd, ktorý ťahá nadol zdroj jednosmerného predpätia. Napájanie sa rýchlo obnoví; avšak v čase, keď napájací zdroj reaguje na prechodový jav, jeho napätie nie je na požadovanej hodnote pre test. Akonáhle sa napájanie obnoví, PA bude fungovať za správnych testovacích podmienok, a tak bude možné vykonať správne merania RF energie. 


S miliardami PA vyrábaných a testovaných každý rok je testovacia priepustnosť kritická. Ak sa napájací zdroj obnovuje pomaly, pridá sa testovací čas do PA, a preto sa spomalí výrobný test. Výrobcovia PA preto hľadajú napájacie zdroje s rýchlou obnovou, aby sa zaistilo, že môžu dosiahnuť maximálnu priepustnosť výrobných testov. Pozerajú sa na špecifikáciu prechodného času obnovy, aby určili, ktorý zdroj bude pre ich aplikáciu najlepší. Predajca napájacieho zdroja teda musí byť schopný presne zmerať prechodný čas obnovy napájacieho zdroja, aby mohol výrobcom PA poskytnúť najlepšiu možnú špecifikáciu.


Meranie prechodného času zotavenia


Náročnou časťou merania času zotavenia po prechodnom zaťažení je určenie, kedy napätie vstúpi do tolerančného pásma. Priemerný voltmeter môže ľahko zmerať, či je jednosmerné výstupné napätie v tolerančnom pásme. Je to však pomalý nástroj a nebude schopný vzorkovať dostatočne rýchlo na to, aby poskytol zmysluplné meranie času s primeraným rozlíšením, aby sa dalo povedať, ako rýchlo napätie vstúpilo do tolerančného pásma.


Keď sa pozrieme za priemerný voltmeter, niektoré vysokorýchlostné voltmetre dokážu merať desiatky tisíc meraní za sekundu s dostatočnou presnosťou, aby zistili, kedy napájacie napätie presne vstúpi do tolerančného pásma. Jedným z takýchto príkladov je Keysight 34470A DMM. Keď sa prechodné časy obnovy zlepšujú, tieto voltmetre, dokonca aj pri zaznamenávaní údajov rýchlosťou 50 ksamples/s, sú príliš pomalé na to, aby zachytili rýchly čas obnovy.  


OD NAŠICH PARTNEROV
2.7-V až 24-V, 2.7-mΩ, 15-A eFuse s hot-swap ochranou, ±1.5% prúdový monitor & adj. chyba mgmt
TPS25982 2.7-V až 24-V, 2.7mΩ, 15-A inteligentná eFuse – integrovaná hot-swap ochrana s 1.5% presnosťou monitorovania záťažového prúdu a nastaviteľným prechodovým…
WaveRunner 8000HD: Analýza viacerých koľajníc
Robte citlivé merania, ako je charakterizácia kolapsu koľajníc, s úplnou istotou vďaka vysokému dynamickému rozsahu WaveRunner 8000HD a 0.5 %…
Rozsah by bol rozumnejším nástrojom na použitie, pretože môže ľahko zachytiť a vizualizovať veľmi rýchle prechodné javy. Priemerný rozsah má však zvyčajne vertikálnu presnosť 1% - 3% a 8-bitové rozlíšenie. V dôsledku toho sa snaží poskytnúť dostatočnú vertikálnu presnosť a rozlíšenie, aby bolo možné presne lokalizovať, kedy jednosmerné výstupné napätie dosiahne úzke tolerančné pásmo. 


Vložením ďalekohľadu do striedavého prúdu sa pokúsite priblížiť tolerančné pásmo. Avšak dôjde k chybe, pretože ustálená jednosmerná úroveň po prechode bude skreslená v dôsledku striedavého spojenia. To by mohlo sťažiť presnú identifikáciu post-prechodovej úrovne jednosmerného prúdu v rámci tolerančného pásma, pretože ustálené jednosmerné napätie je „sťahované“ striedavým prúdom.


Ďalšou možnosťou by bolo ponechať osciloskop v jednosmernom prepojení, ale použiť veľký jednosmerný posun na osciloskope, aby sa priblížilo tolerančné pásmo. Toto funguje dobre s jednosmernými výstupmi na úrovni 0 až 10 V, ale ako výstup jednosmerného prúdu stúpa, musí stúpať aj jednosmerný posun. Pri veľkých jednosmerných posunoch sa musí zvýšiť aj minimálne napätie/diel, aby sa podporil veľký jednosmerný posun, čo má za následok menšie rozlíšenie merania v tolerančnom pásme.  


Pre napájacie zdroje so širším napäťovým tolerančným pásmom možno na vykonanie týchto meraní použiť osciloskopy. V skutočnosti osciloskopy Keysight ponúkajú vstavaný softvér na analýzu výkonu, ktorý vykonáva merania prechodnej odozvy prostredníctvom operácií na kľúč (pozrite si www.keysight.com/find/scopes-power). Najvyššie výkonné osciloskopy s rozlíšením 10 alebo 12 bitov majú väčšiu flexibilitu a pokročilejšie predné časti, čo im umožňuje vykonávať tieto merania aj pri úzkych pásmach tolerancie napätia. Tieto rozsahy však nie sú také bežné na priemernom laboratórnom stole.


Electronicdesign Com stránky Electronicdesign com Odovzdávanie súborov 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Táto snímka obrazovky z Keysight IntegraVision Power Analyzer ukazuje meranie doby obnovy prechodného napätia.




Pre napájacie zdroje s úzkymi napäťovými tolerančnými pásmami môže toto meranie vykonať vysokovýkonný analyzátor kvality napájania – za predpokladu, že má schopnosť jednorazového merania. Jednorazové meranie je potrebné, pretože prechodný jav je jednorazová udalosť spustená stúpajúcou hranou aktuálneho impulzu. Alternatívne, ak môžete generovať opakujúci sa prechodový prúd záťaže, ako je štvorcová vlna, kde prúd skáče medzi vysokými a nízkymi hodnotami prúdu, môžete použiť analyzátor výkonu bez jednorazového merania na zachytenie opakovaného prechodného javu.  


Vysokovýkonné analyzátory výkonu majú lepšiu ako 0.1 % vertikálnu presnosť, 16-bitové rozlíšenie a rýchlosť digitalizácie 1 Mvzorka/s alebo viac. Táto kombinácia rýchlej digitalizácie a presného merania napätia vám umožňuje jednoducho merať prechodovú odozvu záťaže napájacieho zdroja a identifikovať, kedy je dosiahnuté úzke tolerančné pásmo. Pretože analyzátor výkonu môže priamo merať napätie a prúd bez sond, môžete toto meranie rýchlo nastaviť tak, aby sa spúšťalo od stúpajúcej hrany prúdu a potom zmeral čas obnovenia napätia.  


Jedným z analyzátorov výkonu s touto schopnosťou je IntegraVision Power Analyzer (obr. 2), ktorý poskytuje jednorazové 5-Mvzorky/s digitalizáciu pri 16 bitoch súčasne pri napätí aj prúde, so základnou presnosťou 0.05 %, všetko zobrazené na veľkej farebnej dotykovej obrazovke. . Meranie sa vykonáva na 10-V napájacom impulze medzi 2A a 8A. Jeho prechodné pásmo obnovy je ±100 mV.


Pomocou dvoch značiek Y IntegraVision môžete identifikovať hornú (10.1 V) a spodnú (9.9 V) pásma tolerancie napätia. Potom pomocou dvoch značiek X môžete identifikovať, kedy prechodný jav začína na aktuálnej vlne so značkou X1 a kedy napätie vstúpi do tolerančného pásma pomocou značky X2. Časový rozdiel medzi X1 a X2 je prechodný čas zotavenia, meraný ako 90.4 μs.

Zanechajte správu 

zoznam správ