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  • DCDC電源負載瞬態測試介紹
    • 發布時間:2023-03-28 15:22:56
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    DCDC電源負載瞬態測試介紹
    下圖是某DCDC轉換器負載瞬態測試的典型波形,CH3為輸出電壓的AC分量,CH4為負載電流。注意到負載電流上升斜率與下降斜率并不相同,較緩的上升斜率對應較小的電壓跌落(Undershoot),而陡峭的下降斜率則對應較大的電壓過沖(Overshoot)。
    電源 負載 瞬態
    圖1 負載動態典型波形
    負載瞬態通常使用電子負載(E-Load)進行測試,負載的跳變斜率(Slew Rate)將對測試結果產生關鍵影響,然而受設備內部電路限制,常規電子負載所能實現的di/dt不會很高,另外受不同廠家設計等因素影響,不同型號的電子負載其能實現的跳變速率也不盡相同;
    如下圖2(a)(b)所示,兩圖分別為型號A和B,在同樣設置2.5A/us時的實際電流上升斜率對比,可以看到實際電流跳變斜率遠小于設置值,而不同型號的跳變斜率也不一樣。
    這可能導致電源瞬態測試結果偏理想,或對不同芯片之間性能評估不夠客觀。因此,設計一款簡易實用,負載跳變斜率可滿足實驗要求的電子負載具有重要工程意義。
    電源 負載 瞬態
    圖2(a) 型號A 圖2(b) 型號B
    要實現較高的負載跳變速率,常規的設計思路是使用MOSFET對負載電阻進行開斷,該方法實現雖然簡單,但實際應用時存在一個明顯缺點:由于MOSFET的開關過程一般在百ns級,因此限制負載電流跳變速率的主要是所選負載電阻的ESL(等效串聯電感),一般的滑動變阻器都是屬于繞線型電阻,其ESL往往較大,因此較難實現高跳變速率。
    而若選用獨立的無感功率電阻,假設測試需要能覆蓋1.8V/3.3V/5V/12V在0.1A/0.5A/1A/2A/3A下的負載跳變,就需要準備多達20種不同阻值的電阻,若電壓/電流組合更復雜,則所需不同阻值的電阻將更多,且測試電壓或負載電流改變時必須更換相應電阻,十分麻煩。
    針對上述傳統方法的不足,本文分享一種基于MOSFET的小功率實用電子負載。如下圖所示,該設計主要包括MOSFET,驅動級,電源軌及脈沖發生器四部分。
    其基本工作原理為:MOSFET并非處于常規的開關狀態,而是使其工作在恒流區,脈沖發生器通過DRV8836驅動MOSFET,產生一定幅值和脈寬的GS電壓,進而實現漏極電流(負載電流)的跳變。
    其中負載電流的幅值可通過調節LDO輸出電壓進行控制,負載電流的上升/下降斜率則可通過調節驅動電阻阻值進行控制。
    電源 負載 瞬態
    圖3 系統框圖
    設計中有幾點值得注意:
    1. 由于MOSFET處于恒流區,漏極電流受控于GS電壓,若采用傳統二極管加驅動電阻的方式進行斜率調節,當GS電壓與驅動電壓小于二極管正向壓降時,二極管將相當于高阻,會使得驅動回路時間常數變大,動態變差,因此這里使用DRV8836的兩個半橋實現充放電的獨立控制;
    2. 實際負載動態測試需要實現某一電流A跳變到另一電流B,可將其分解為DC電流(電流A)以及AC電流(電流B)。本設計只需考慮AC電流(跳變部分),DC電流只需在MOSFET兩端并聯一可調功率電阻即可;
    3. 為減小MOSFET發熱,可設置較低的脈沖頻率(如10Hz),而相應搭配較低的占空比;
    4. 為方便離線運行,脈沖發生器部分這里采用了LMC555定時器搭建脈沖發生電路,以下電路實現了頻率不變而占空比可調的脈沖發生器。兩二極管的加入使得充放電回路分開,調節R2即可調節充放電時間,從而實現占空比可調。
    充放電時間及脈沖頻率計算如下式:
    電源 負載 瞬態
    在實際條件允許時,也可直接使用信號發生器產生脈沖信號。
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