Forstå og måle transient gjenopprettingstid for strømforsyning

Denne filtypen inkluderer grafikk og skjemaer med høy oppløsning når det er aktuelt.

Bob Zollo, produktplanlegger, kraft- og energidivisjon, Keysight Technologies
Transient gjenopprettingstid for strømforsyning er spesifikasjonen for en likestrømforsyning. Den beskriver hvor raskt strømforsyningen vil komme seg etter en forbigående belastningstilstand på utgangen til strømforsyningen.   


Med en ideell strømforsyning som opererer i konstant spenning, vil utgangsspenningen forbli på den programmerte verdien uavhengig av strømmen som trekkes ut av strømforsyningen av lasten. En ekte strømforsyning kan imidlertid ikke opprettholde sin programmerte spenning når det er en rask økning i laststrømmen.


Som svar på en rask økning i strømmen, vil strømforsyningsspenningen synke inntil strømforsyningsregulerings-tilbakemeldingssløyfen bringer spenningen tilbake til den programmerte verdien. Tiden det tar for verdien å komme tilbake til den programmerte verdien er den forbigående gjenopprettingstiden for lasten (fig. 1).


Merk at hvis last-strømtransienten ikke er en rask transient, men heller sakte stiger eller faller, vil tilbakekoblingssløyfen for strømforsyningsreguleringen være rask nok til å regulere og opprettholde utgangsspenningen uten noen synlig transient. Ettersom strømtransientens kanthastighet øker, overskrider den strømforsyningens tilbakemeldingssløyfes evne til å "følge med" og holde spenningen konstant, noe som resulterer i en lasttransienthendelse.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filopplastinger 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Last-transient gjenopprettingstid er tiden "X" for utgangsspenningen å gjenopprette og holde seg innenfor "Y" millivolt av den nominelle utgangsspenningen etter en "Z" amp trinnvis endring i laststrømmen. "Y" er det spesifiserte gjenopprettingsbåndet eller utligningsbåndet, og "Z" er den spesifiserte endringen i laststrømmen, typisk lik fulllaststrømmen til forsyningen.




Transientgjenopprettingstiden for strømforsyningen måles fra begynnelsen av last-strømtransienten til når strømforsyningen slår seg ned og igjen når den programmerte verdien. Men hver gang du spesifiserer "når en programmert verdi", må du spesifisere innenfor et toleransebånd. Dermed spesifiseres strømforsyningslast-transient gjenopprettingstid som tiden som kreves for å nå et toleransebånd på noen prosent av den programmerte verdien, noen prosent av den nominelle utgangen, eller til og med et fast spenningstoleransebånd. Tabellen viser noen eksempler på transientspesifikasjoner for strømforsyning.  


Når du ser på Keysight N7952A-strømforsyningen, kan du se at toleransebåndet for forbigående gjenopprettingstid er spesifisert som 100 mV. Når du måler transient gjenopprettingstid, hvis utgangsspenningen er 25 V, må du måle hvor lang tid det tar for strømforsyningen å gjenopprette tilbake til innenfor ±100 mV rundt 25 V.






Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filopplastinger 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Effektforsterkere eksemplifiserer hvorfor forbigående gjenopprettingstid er viktig


La oss se på et eksempel på en applikasjon der transientrespons for likestrømforsyning er viktig. Når du tester effektforsterkere (PA) som brukes i mobile enheter (som mobiltelefoner eller nettbrett), er det svært viktig at likespenningen til enheten som testes (DUT) forblir på en fast og stabil spenning. Hvis spenningen skulle fluktuere eller endre seg under testen, opprettholdes ikke de riktige testforholdene og de resulterende RF-effektmålingene på DUT vil ikke være korrekte.     


I dette tilfellet med PA er situasjonen forverret på grunn av den nåværende profilen. PA sender i pulser, og trekker derfor strøm fra likestrømsforspenningen i pulser. Disse pulsene har høye kanthastigheter og presenterer derfor betydelige lasttransienter på likestrømsforspenningen. Hver gang PA-en pulserer på, trekker den høy strøm, noe som trekker ned strømforsyningen for likestrøm. Strømforsyningen vil komme seg raskt; men i løpet av tiden når strømforsyningen reagerer på transienten, er spenningen ikke på ønsket verdi for testen. Når strømforsyningen gjenoppretter seg, vil PA-en operere under de riktige testforholdene og dermed blir det mulig å foreta de riktige RF-effektmålingene. 


Med milliarder av PA-er som produseres og testes hvert år, er testgjennomstrømning kritisk. Hvis strømforsyningen gjenoppretter seg sakte, legger den til testtid til PA og reduserer derfor produksjonstestgjennomstrømningen. PA-produsenter ser derfor etter strømforsyninger med rask gjenoppretting for å sikre at de kan oppnå maksimal produksjonstestgjennomstrømning. De ser på spesifikasjonen for forbigående gjenopprettingstid for å finne ut hvilken forsyning som vil være best for deres applikasjon. Så strømforsyningsleverandøren må være i stand til nøyaktig å måle transient gjenopprettingstid for strømforsyning for å kunne presentere best mulig spesifikasjon for PA-produsenter.


Måling av forbigående gjenopprettingstid


Den utfordrende delen av å måle last-transient gjenopprettingstid er å bestemme når spenningen går inn i toleransebåndet. Gjennomsnittlig voltmeter kan enkelt måle om likestrømutgangsspenningen er innenfor toleransebåndet. Det er imidlertid et tregt instrument, og vil ikke være i stand til å sample raskt nok til å gi en meningsfull tidsmåling med tilstrekkelig oppløsning for å si hvor raskt spenningen gikk inn i toleransebåndet.


Ser man utover det gjennomsnittlige voltmeteret, kan visse høyhastighetsvoltmetre måle titusenvis av avlesninger per sekund med nok nøyaktighet til å oppdage når strømforsyningsspenningen nøyaktig går inn i toleransebåndet. Et slikt eksempel er Keysights 34470A DMM. Etter hvert som forbigående gjenopprettingstider forbedres, blir disse voltmetrene, selv som fanger data ved 50 ksamples/s, for trege til å fange opp den raske gjenopprettingstiden.  


FRA VÅRE PARTNERE
2.7-V til 24-V, 2.7-mΩ, 15-A eFuse med hot-swap-beskyttelse, ±1.5 % strømmonitor og juster. feil håndtering
TPS25982 2.7-V til 24-V, 2.7 mΩ, 15-A Smart eFuse - Integrert Hot-Swap-beskyttelse med 1.5 % nøyaktig overvåking av laststrøm og justerbar transient...
WaveRunner 8000HD: Multi-rail Analyse
Gjør sensitive målinger, som karakterisering av skinnekollaps, med full selvtillit takket være WaveRunner 8000HDs høye dynamiske rekkevidde og 0.5 %...
En scope ville være et mer fornuftig verktøy å bruke, siden det enkelt kan fange opp og visualisere veldig raske transienter. Det gjennomsnittlige omfanget har imidlertid vanligvis 1–3 % vertikal nøyaktighet og 8-biters oppløsning. Følgelig sliter den med å gi nok vertikal nøyaktighet og oppløsning til å nøyaktig lokalisere når likestrømutgangsspenningen når det smale toleransebåndet. 


Ved å sette kikkerten i AC-kobling prøver man å zoome inn på toleransebåndet. Feil vil imidlertid bli introdusert ettersom det post-transient utlignede dc-nivået vil bli forvrengt på grunn av AC-koblingen. Dette kan gjøre det vanskelig å nøyaktig identifisere det post-transiente likestrømsnivået innenfor toleransebåndet ettersom den fastslåtte likespenningen blir "trukket ned" av AC-koblingen.


Et annet alternativ ville være å la skopet være i dc-kobling, men bruk en stor dc-offset på skopet for å zoome inn på toleransebåndet. Dette fungerer bra med likestrømutganger i 0- til 10-V-nivået, men etter hvert som likestrømutgangen klatrer, må også likestrømforskyvningen klatre. Med store likestrømforskyvninger må minimum volt/divisjon også øke for å støtte den store likestrømforskyvningen, noe som resulterer i mindre måleoppløsning på toleransebåndet.  


For strømforsyninger med et bredere spenningstoleransebånd kan skoper brukes til å utføre disse målingene. Faktisk tilbyr Keysight-oscilloskoper innebygd programvare for kraftanalyse som foretar transiente responsmålinger via nøkkelferdige operasjoner (sjekk ut www.keysight.com/find/scopes-power). De høyeste ytelseskopene, med 10 eller 12 bits oppløsning, har mer fleksibilitet og mer avanserte frontender, slik at de kan gjøre disse målingene selv for smale spenningstoleransebånd. Disse skopene er imidlertid ikke like vanlige på den gjennomsnittlige laboratoriebenken.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filopplastinger 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Dette skjermbildet fra Keysight IntegraVision Power Analyzer viser måling av spenning-transient gjenopprettingstid.




For strømforsyninger med smale spenningstoleransebånd, kan en høyytelses strømkvalitetsanalysator utføre denne målingen – forutsatt at den har enkeltskuddsmåling. Enkeltskuddsmåling er nødvendig fordi transienten er en enkeltskuddshendelse som utløses av den stigende flanken til gjeldende puls. Alternativt, hvis du kan generere en repeterende last-strømtransient, for eksempel en firkantbølge der strømmen hopper mellom høye og lave strømverdier, kan du bruke en effektanalysator uten enkeltskuddsmåling for å fange opp den gjentatte forbigående hendelsen.  


Kraftanalysatorer med høy ytelse har bedre enn 0.1 % vertikal nøyaktighet, 16-biters oppløsning og digitaliseringshastigheter på 1 Msample/s eller mer. Denne kombinasjonen av rask digitalisering og nøyaktig spenningsmåling lar deg enkelt måle strømforsyningens lasttransientrespons og identifisere når det smale toleransebåndet er nådd. Siden en effektanalysator direkte kan måle spenning og strøm uten prober, kan du raskt sette opp denne målingen til å trigge fra den stigende kanten av strømmen og deretter måle spenningsgjenopprettingstiden.  


En kraftanalysator med denne egenskapen er IntegraVision Power Analyzer (fig. 2), som gir enkeltbilde 5-Msample/s digitalisering ved 16 bits samtidig på både spenning og strøm, med 0.05 % grunnleggende nøyaktighet, alt vist på en stor fargeberøringsskjerm . Målingen utføres på en 10-V-forsyning som pulseres mellom 2A og 8A. Dets forbigående gjenopprettingsbånd er ±100 mV.


Ved å bruke IntegraVisions to Y-markører kan du identifisere toppen (10.1 V) og bunnen (9.9 V) av spenningstoleransebåndet. Deretter, med de to X-markørene, kan du identifisere når transienten begynner på gjeldende bølgeform med markør X1 og når spenningen går inn i toleransebåndet med markør X2. Tidsforskjellen mellom X1 og X2 er den forbigående restitusjonstiden, målt som 90.4 μs.

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste