電源動態響應測試，什麼樣的波形算合格？
電源動態響應測試，什麼樣的波形算合格？
1導讀
概念
動態響應一般是指控制系統在典型輸入信號的作用下，其輸出量從初始狀態到最終狀態的響應。對某一環節（系統）加入單位階躍輸入x(t)時，其響應y(t)開始逐漸上升，直到穩定在某一定值上爲止。響應y(t)在達到一定值之前的變化狀態稱爲過渡狀態（動態）。此稱爲動態響應。
工程師在設計電源時，動態響應是必不可少的一項測試指標。由於涉及環路問題一直是很多工程師的心病，下面從幾個方面來談一談動態響應希望對大家有所幫助:
爲什麼開關電源需要測試動態響應？
電源動態響應的一般測試方法和要求
測試條件測試數據及示意圖
測試步驟
什麼樣的結果算合格?
動態響應與什麼有關？該如何整改？
2爲什麼開關電源需要測試動態響應？
開關電源都是給各種電子設備供電的，電子電路一般都需要一個即使在負載電流發生瞬變時，輸出電壓也能維持在特定容差範圍內的電壓源，以確保電路的正常工作。設計工程師必須在理解瞬態響應原理的基礎上，利用正確的設計思路才能以較低的成本改善電源的瞬態響應性能。隨着各種電子設備或微處理器工作速度和電流需求量的提高，當負載電流發生瞬態變化時，穩壓器在指定範圍內保持輸出電壓的能力成爲一個廣泛存在的困擾。典型CPU芯片的電源規範要求，即使負載電流在幾百納秒內發生10或20A的變化，供電電壓仍然要保持穩定，要實現這個性能指標絕非易事。也是很多電源工程師遇到的比較棘手的問題。
3電源動態響應的一般測試方法和要求
輸入、輸出電壓爲一定值，比如AC220輸入的電源，在AC176V、AC220V、AC264V時測試，輸出負載在額定值的25％-50％-25％和50％-75％-50％變化，恢復時間≤200us時，輸出電壓的超調量≤輸出電壓整定值的±5％；恢復時間》200us，輸出電壓的超調量≤輸出電壓整定值負載調整率（即要求不能夠超過輸出電壓整定值的±0.5％），當然有些波形太差或者聲音太大客戶都是不接受的，另外還有些要求嚴格的在溫度極限或是輸入最低和最高頻率都得測試。
注：恢復時間是指直流輸出電壓變化量上升至大於穩壓精度處開始，會至小於等於並不超過穩壓精度處止的這段時間。
4測試條件測試數據及示意圖
輸入：規格中定義的最小及最大輸入交/直流電壓，最小及最大交流頻率
輸出：規格中定義的動態負載電流條件及規格所允許的最小電容負載
溫度：最低工作溫度，常溫及最高工作溫度
示波器採樣方式：一般設爲Sample或Hi-res模式
測試示意圖如下
負載設置（如下圖示）
依規格要求設定負載電流的起、止點，負載電流的上升、下降速率(Slew Rate)及負載電流的變化週期；一般負載電流的上升和下降速度設置爲2.5A/uS，變化週期一般爲20ms。
開機後按規格要求，調整負載電流的變化週期(通過改變t1,t2)。
電源測試系列之輸出動態響應(Output <wbr>Dynamic <wbr>Response <wbr>Test)
如下圖中的各項數據：
電壓值：Vo-max, Vovershoot, Vo-stable1, Vo-stable2, Vo-undershoot, Vo-min,
響應時間：tR1，tR2
參考值：t1, t2,Iomax,Io-min；或負載佔空比，頻率,Iomax,Io-min；
測量波形數據
如下圖中的各項數據：
電壓值：Vo-max, Vovershoot, Vo-stable1, Vo-stable2, Vo-undershoot, Vo-min,
響應時間：tR1，tR2
參考值：t1, t2,Iomax,Io-min；或負載佔空比，頻率,Iomax,Io-min；
5測試步驟
1）設定最低環境工作溫度，最小輸入電壓/頻率；對需做動態響應測試的輸出，依規格要求設定其負載電流的起、止點，負載電流的上升、下降速率(Slew Rate)及負載電流的變化週期；其他輸出負載按照Regulation Table要求設定；
2）開機後按規格要求，調整負載電流的變化週期(t1,t2)，觀察輸出波形的變化；
3）記錄使Vo-max、Vovershoot、Vundershoot及Vo-stable1最大，Vo-min及Vo-stable2最小的測試條件, 測量輸出電壓的各對應值及輸出響應時間，並保存波形；
4）在步驟3的動態電流的變化週期下，改變其他輸出負載條件，使Vo-max、Vovershoot、Vundershoot及Vo-stable1最大，Vo-min及Vo-stable2最小，測量並記錄相應數據；
5）以步驟3及4找到的最差負載條件爲負載，以待測電源所提供的各種開機方式開機(如AC on, PS_ON on)；
6）依次改變測試條件(動態負載起始點，輸入電壓/頻率及環境溫度)，重複步驟2、3、4、5；
7）同樣方法測試其他輸出動態響應。
6什麼樣的結果算合格?
各輸出測量值符合規格要求：
不能有震鈴(Ringing, 反饋迴路欠阻尼)現象,
待測電源不可以損壞(Damaged/Broken down),
待測電源不可以工作不穩定，甚至關機(Shut down),
響應時間符合要求。
判定圖例 1
如下圖中的各輸出測量值符合規格要求；雖有過阻尼，但可接受；
判定圖例 2
雖然如下圖中的各輸出測量值符合規格要求，但反饋迴路欠阻尼(不穩定)，故不能接
受。
上一個電源動態負載實測波形
7動態響應與什麼有關？該如何整改？
動態負載特性，關係到環路的響應特性。好與差在動態負載時體現很明顯。
下供助相關資料闡述動態特性的特點與環路要求：
關於動態特性的調整時間與帶寬有關係，帶寬越窄，調整越快；輸出過沖與電路的阻尼係數有關係，阻尼係數越小，過沖越大
改善動態響應的對策參考：
適當改善反饋響應速率(如適當減小431上RC電路中的電容量、增加光耦電流、減小電流檢測PIN腳上RC電路中的電容值)，但需注意噪聲、重載開機問題；另外，這一方案也受制於實際設計方案的選擇：
PWM方式受最大佔空比的限制(Flyback：約0.8，單端正激0.5，其他如Push-pull、Half-bridge，Full-bridge等爲0.8，Boost爲0.9等)，因此設計初期最大佔空比的選擇就應當保留一定的餘量；
PFM方式也受制於工作頻率限制，以免產生噪聲或EMI的問題；
在容許的情況下(較低的電容電壓)，儘可能讓佔空比或開關頻率在動態情形下逐步增大，以避免如電流應力加大等問題；
增加輸出電容容量或並聯數量，適當降低輸出儲能電感的感量
電感中的電流不能突變，這是影響輸出動態響應的關鍵，尤其在CCM模式的時候，因此，適當降低感量可以改善動態響應，但需要考慮輕載時的反饋穩定性問題(CCM轉變成DCM會造成系統不穩定)
電容的電流可以突變，因此，可以考慮適當考慮增加電容容量或數量來改善，如果Layout空間允許的話。
採用多個變換器並聯方案，但成本會較高，這在電流變化速率要求較高的場合(如CPU供電的3~6相V-core電路)；
增加開關頻率，以更快的速度傳遞能量，但需考慮元器件的頻率特性、EMC及效率等問題；
以上的方案在實際應用中，需綜合考慮。當然，也可能存在其他的解決方案，有待研究。
各位工程師如果有更多好的整改方法或者建議，歡迎在右下方留言哦。
