Virtalähteen ohimenevän palautumisajan ymmärtäminen ja mittaaminen

Tämä tiedostotyyppi sisältää korkean resoluution grafiikkaa ja kaavioita tarvittaessa.

Bob Zollo, tuotesuunnittelija, Power and Energy -divisioona, Keysight Technologies
Teholähteen transientti palautumisaika on tasavirtalähteen spesifikaatio. Se kuvaa, kuinka nopeasti teholähde palautuu virtalähteen lähdön ohimenevästä kuormitustilasta.   


Ihanteellisella teholähteellä, joka toimii vakiojännitteellä, lähtöjännite pysyisi ohjelmoidussa arvossa riippumatta siitä, kuinka virtaa kuorma vetää teholähteestä. Todellinen virtalähde ei kuitenkaan pysty ylläpitämään ohjelmoitua jännitettä, kun kuormitusvirta nousee nopeasti.


Reaktiona virran nopeaan nousuun teholähteen jännite putoaa, kunnes teholähteen säädön takaisinkytkentäsilmukka nostaa jännitteen takaisin ohjelmoituun arvoon. Aika, joka kuluu arvon palautumiseen ohjelmoituun arvoon, on kuorman transientin palautumisaika (kuva 1).


Huomaa, että jos kuormitusvirtatransientti ei ole nopea transientti, vaan se nousee tai laskee hitaasti, teholähteen säädön takaisinkytkentäsilmukka on riittävän nopea säätelemään ja ylläpitämään lähtöjännitettä ilman näkyvää transienttia. Kun virtatransientin reunanopeus kasvaa, se ylittää virtalähteen takaisinkytkentäsilmukan kyvyn "pitää" ja pitää jännite vakiona, mikä johtaa kuormitustransienttitapahtumaan.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Tiedostot Lataukset 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Kuormituksen transientti palautumisaika on aika "X", jonka aikana lähtöjännite palautuu ja pysyy "Y" millivolttien sisällä nimellislähtöjännitteestä sen jälkeen, kun kuormitusvirrassa on "Z" ampeeriaskelmuutos. "Y" on määritetty palautuskaista tai asettumiskaista ja "Z" on määritetty kuormitusvirran muutos, joka on tyypillisesti yhtä suuri kuin syötteen täysi kuormitusvirta.




Tehonsyötön transientin palautumisaika mitataan kuormitusvirtatransientin alusta siihen hetkeen, kun virransyöttö asettuu ja taas saavuttaa ohjelmoidun arvon. Mutta aina kun määrität "saavuttaa ohjelmoidun arvon", sinun on määritettävä toleranssialueen sisällä. Täten teholähteen kuormituksen ja transientin palautumisaika määritellään ajaksi, joka tarvitaan saavuttamaan toleranssialue, joka on noin prosentti ohjelmoidusta arvosta, muutama prosentti nimellistehosta tai jopa kiinteä jännitetoleranssikaista. Taulukossa on esimerkkejä virtalähteen transienttimäärityksistä.  


Tarkasteltaessa Keysight N7952A -virtalähdettä voit nähdä, että ohimenevän palautumisajan toleranssikaistaksi on määritetty 100 mV. Mittattaessa transienttia palautumisaikaa, jos lähtöjännite on 25 V, tulee mitata, kuinka kauan kestää virransyötön palautuminen ±100 mV:iin noin 25 V:n jännitteestä.






Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Tiedostot Lataukset 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Tehovahvistimet osoittavat, miksi ohimenevä palautumisaika on tärkeä


Katsotaanpa esimerkkisovellusta, jossa tasavirtalähteen transienttivaste on tärkeä. Mobiililaitteissa (kuten matkapuhelimissa tai tableteissa) käytettäviä tehovahvistimia (PA) testattaessa on erittäin tärkeää, että testattavaan laitteeseen (DUT) tuleva tasavirtabiasjännite pysyy kiinteänä ja vakaana. Jos jännite vaihtelisi tai muuttuisi testin aikana, oikeat testiolosuhteet eivät säily ja tuloksena saadut DUT:n RF-tehomittaukset eivät ole oikein.     


Tässä PA:n tapauksessa tilanne pahenee nykyisen profiilin vuoksi. PA lähettää pulsseina ja vetää siksi virran tasavirtaesivirrasta pulsseina. Näillä pulsseilla on nopeat reunanopeudet ja siksi ne aiheuttavat merkittäviä kuormitustransientteja tasavirtabiasissa. Joka kerta kun PA sykkii, se ottaa suurta virtaa, mikä vetää alas tasavirtabias-virtalähdettä. Virtalähde palautuu nopeasti; Kuitenkin sinä aikana, kun teholähde reagoi transienttiin, sen jännite ei ole testin kannalta halutussa arvossa. Kun virtalähde palautuu, PA toimii sitten oikeissa testiolosuhteissa ja näin on mahdollista tehdä oikeat RF-tehomittaukset. 


Koska miljardeja PA:ita valmistetaan ja testataan vuosittain, testien suorituskyky on kriittinen. Jos virtalähde palautuu hitaasti, se lisää testiaikaa PA:han ja siten hidastaa valmistustestin suorituskykyä. PA-valmistajat etsivät siksi nopeasti palautuvia virtalähteitä varmistaakseen, että ne voivat saavuttaa suurimman tuotantotestin suorituskyvyn. He tarkastelevat ohimenevän toipumisajan määrityksiä määrittääkseen, mikä syöttö on paras heidän sovellukseensa. Virtalähteen myyjän on siis pystyttävä mittaamaan tarkasti virtalähteen transienttipalautusaika voidakseen esittää parhaan mahdollisen teknisen tiedot PA-valmistajille.


Ohimenevän toipumisajan mittaaminen


Haastava osa kuormitustransientin palautumisajan mittaamisessa on määrittää, milloin jännite tulee toleranssialueelle. Keskimääräinen volttimittari voi helposti mitata, onko tasavirtalähtöjännite toleranssialueen sisällä. Se on kuitenkin hidas instrumentti, eikä se pysty ottamaan näytteitä tarpeeksi nopeasti antaakseen mielekkään aikamittauksen riittävällä resoluutiolla kertomaan, kuinka nopeasti jännite tuli toleranssialueelle.


Keskimääräistä volttimittaria pidemmälle katsottuna tietyt nopeat volttimittarit voivat mitata kymmeniä tuhansia lukemia sekunnissa riittävän tarkasti havaitsemaan, milloin virtalähteen jännite tulee tarkasti toleranssialueelle. Yksi tällainen esimerkki on Keysightin 34470A DMM. Kun ohimenevät palautumisajat paranevat, nämä volttimittarit, jopa 50 ksamples/s kaappaavat tiedot, muuttuvat liian hitaiksi nopean palautumisajan tallentamiseksi.  


YHTEISTYÖKUMPPANEILLEMME
2.7 V - 24 V, 2.7 mΩ, 15 A eFuse hot-swap-suojalla, ±1.5 % virtamonitori ja säätö. vika mgmt
TPS25982 2.7 V - 24 V, 2.7 mΩ, 15 A Smart eFuse - Integroitu Hot Swap -suojaus 1.5 %:n tarkalla kuormitusvirran valvonnalla ja säädettävällä transientilla…
WaveRunner 8000HD: Monikisko-analyysi
Tee herkkiä mittauksia, kuten kiskon romahtamisen karakterisointia, täysin varmuudella WaveRunner 8000HD:n suuren dynaamisen alueen ja 0.5 %…
Kiikari olisi järkevämpi työkalu käyttää, sillä se pystyy helposti tallentamaan ja visualisoimaan erittäin nopeat transientit. Keskimääräisellä kaukosäätimellä on kuitenkin tyypillisesti 1–3 % pystysuora tarkkuus ja 8-bittinen resoluutio. Tästä johtuen sillä on vaikeuksia tarjota tarpeeksi pystysuuntaista tarkkuutta ja resoluutiota, jotta se paikantaa tarkasti, kun tasavirtalähtöjännite saavuttaa kapean toleranssikaistan. 


Asettamalla tähtäimen vaihtovirtakytkimeen yrität lähentää toleranssialuetta. Virhe kuitenkin syntyy, kun transientin jälkeinen vakiintunut tasavirtataso vääristyy vaihtovirtakytkennän vuoksi. Tämä saattaa vaikeuttaa transientin jälkeisen tasavirtatason tarkkaa tunnistamista toleranssialueella, koska vaihtovirtakytkin "vetää alas" vakiintunutta tasajännitettä.


Toinen vaihtoehto olisi jättää tähtäin dc-kytkentään, mutta käyttää suurta dc-offsettiä kiikaritähtäimessä toleranssikaistan lähentämiseksi. Tämä toimii hyvin tasavirtalähdöillä 0–10 V tasolla, mutta kun tasavirtalähtö nousee, myös tasavirtasiirtymän on noustava. Suurilla tasavirtasiirtymillä minimivoltien/jaon on myös kasvattava suuren tasavirtasiirtymän tukemiseksi, mikä johtaa pienempään mittausresoluutioon toleranssialueella.  


Teholähteille, joilla on laajempi jännitetoleranssialue, voidaan käyttää skooppeja näiden mittausten tekemiseen. Itse asiassa Keysight-oskilloskoopit tarjoavat sisäänrakennetun tehonanalyysiohjelmiston, joka suorittaa transienttivasteen mittauksia avaimet käteen -periaatteella (katso www.keysight.com/find/scopes-power). Suorituskykyisissä 10 tai 12 bitin resoluutiolla varustetuissa kiikaritähteissä on enemmän joustavuutta ja edistyneemmät etupäät, mikä mahdollistaa näiden mittausten tekemisen jopa kapeilla jännitetoleranssikaistoilla. Nämä kiikarit eivät kuitenkaan ole yhtä yleisiä tavallisessa laboratoriopenkissä.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Tiedostot Lataukset 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Tämä Keysight IntegraVision Power Analyzerin kuvakaappaus näyttää jännitteen transientin palautumisajan mittauksen.




Teholähteille, joilla on kapeita jännitetoleranssialueita, korkean suorituskyvyn virranlaadun analysaattori voi tehdä tämän mittauksen edellyttäen, että sillä on yhden laukauksen mittausominaisuus. Yhden laukauksen mittaus tarvitaan, koska transientti on yksittäistapaus, jonka laukaisee virtapulssin nouseva reuna. Vaihtoehtoisesti, jos voit luoda toistuvan kuormitusvirtatransientin, kuten neliöaallon, jossa virta hyppää korkeiden ja alhaisten virran arvojen välillä, voit käyttää tehoanalysaattoria ilman yksittäismittausta toistuvan transienttitapahtuman tallentamiseen.  


Tehokkailla tehoanalysaattoreilla on parempi kuin 0.1 % pystysuora tarkkuus, 16-bittinen resoluutio ja digitointinopeus 1 Msample/s tai enemmän. Tämän nopean digitoinnin ja tarkan jännitteen mittauksen yhdistelmän avulla voit helposti mitata virtalähteen kuorman transienttivasteen ja tunnistaa, milloin kapea toleranssialue saavutetaan. Koska tehoanalysaattori voi mitata jännitettä ja virtaa suoraan ilman anturia, voit nopeasti määrittää tämän mittauksen laukaisemaan virran nousevasta reunasta ja sitten mittaamaan jännitteen palautumisajan.  


Eräs tällä ominaisuudella varustettu tehoanalysaattori on IntegraVision Power Analyzer (kuva 2), joka mahdollistaa yhden otoksen 5 Msample/s digitoinnin 16 bitillä samanaikaisesti sekä jännitteellä että virralla 0.05 %:n perustarkkuudella, kaikki näytetään suurella värillisellä kosketusnäytöllä. . Mittaus suoritetaan 10 V:n jännitteellä pulssivälillä 2A ja 8A. Sen ohimenevä palautumiskaista on ±100 mV.


IntegraVisionin kahden Y-merkin avulla voit tunnistaa jännitetoleranssikaistan ylä- (10.1 V) ja alaosan (9.9 V). Sitten kahdella X-merkillä voit tunnistaa, milloin transientti alkaa virran aaltomuodossa merkillä X1 ja milloin jännite tulee toleranssialueelle markkerilla X2. X1:n ja X2:n välinen aikaero on ohimenevä palautumisaika, mitattuna 90.4 μs.

Jätä viesti 

viestiluettelo