如何供電加載以及測試電源管理電路

如何供電加載以及測試電源管理電路為促進電源發(fā)展，半導(dǎo)體公司提供了展示電源管理IC典型應(yīng)用的評估板。這為設(shè)計工程師著手一個可行的方案設(shè)計提供了機會，也有助于他們理解某個特定的電源管理IC是否能夠滿足他們的需求。盡管這些評估板易于使用，但是有些附加的知識卻是很重要的。該怎樣給評估板供電以及評估板該如何加負載呢?這個問題也許聽似簡單，但實驗室電源的影響、連接到測試板上的導(dǎo)線、使用負載的類型及其連接方式等，這些都是需考慮的重要方面。只有對測試裝置有了清晰的理解，設(shè)計工程師才能真正意義上使用好評估板或其所擁有的任意測試板。本文講述了使用不同的實驗室電源和不同的開啟方法包括延遲開啟、使用電晶體開關(guān)開啟和插入電纜開啟等所帶來的影響。說明了不同的開啟方法并比較了其各自的優(yōu)劣。本文將說明針對測試目的的電子負載相對于阻抗負載的影響。尤其是對軟啟動和短路恢復(fù)進行了評估，采用不同的負載類型會有很大的不同。一個典型實驗室裝置圖1表明了一個典型的實驗室裝置。該裝置由中間位置的處于測試狀態(tài)的直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器（評估板）、通過電纜連接的電源（實驗室電源）和通過電纜相連的負載（無源阻抗負載或電子負載）組成。供電電纜 負載電纜圖九用于測試電源評估板的實驗室裝置圖1：用于測試電源評估板的實驗室裝置圖2表明了該基本裝置的電氣等效電路。實險室電源 被測電路 負載供電電纜 負載電纜圖2：實驗室電源的電氣等效電路

圖2:實驗室電源的電氣等效電路實驗室電源所起的作用如同一個典型的電壓源。理想的電壓源具有少許源阻抗（Z1）。給評估板（待測電路）供電的電纜具有少許感抗和容抗。由于容抗的影響非常小，所以圖2中沒有明確的標明容抗。通常，帶有香蕉插頭的標準實驗室電纜采用紅黑專線且不粘附在一起，這樣可以使得容抗很小。然而，感抗是相當重要的。交流（AC）電路中的感抗會隨著電流流經(jīng)的閉環(huán)區(qū)域的增大而增加。將正的（陽極）和負的（陰極）電纜靠近在一起將會降低供電電纜的感抗。測試設(shè)備的重要屬性是輸入電容和輸出電容。由于電源管理評估板需要一個良好的電壓源作輸入以及它們要在其輸出端扮演成一個電壓源的角色，因此電源管理評估板典型的具有輸入電容和輸出電容。阻抗Z2是DC/DC轉(zhuǎn)換器的阻抗，它有一些對地阻抗，這些對地阻抗占用了電源的所有功耗，而且它還具有輸入阻抗和輸出阻抗。為簡化起見，全部的內(nèi)阻用Z2表示。負載電纜將測試電路的輸出端和負載連接起來。負載具有輸入阻抗Z3,Z3可以從純阻抗變化成感抗、容抗或二者混合。啟動被測電路啟動被測電路有幾種不同的方法。下面是兩種最常見的方法和一個簡短的評論：1）開啟實驗室電源并將供電電纜插入到實驗室電源。該方法類似于在電源通道放置了一個繼電器（機械開關(guān)）或一個電源晶體管。該方法的問題是被測電路的輸入容抗不會被充電。一旦實驗室電源的電壓加載到了供電電纜，就會在實驗室電源輸出端和被測電路的輸入端之間產(chǎn)生電勢差，該電勢差就是實驗室電源的輸出電壓Vout。供電電纜的感抗會增大電流，當被測電路的輸入電容被完全充滿電時達到頂點。如果跨越這些電容的電壓和實驗室電源的輸出電壓相等，那么經(jīng)過供電電纜的電流將會阻塞或限制Z2所需要的電流。供電電纜的感抗抑制了瞬時電流變化，其結(jié)果是儲存在供電電纜感抗的能量促使跨越被測電路輸入電容的電壓形成過沖。過沖量與LC系統(tǒng)的衰減因數(shù)高度相關(guān)。電容實際上具有一些等效串聯(lián)阻抗（ESR），這將有助于電壓過沖的衰減。具有很小ESR的電容如陶瓷電容具有很低的衰減，由此導(dǎo)致形成更大的電壓過沖。曾見證過的跨越輸入電容的最大過沖量是實驗室電源輸出電壓的二倍。圖3表明了一個僅帶有陶瓷輸入電容的LM2676評估板的輸入電壓，其測試條件是用一個二英尺長的供電電纜通過將熱供電電纜連接到評估板突然對其供電。圖3：輸入節(jié)點電壓過沖實驗室電源設(shè)定為20V,但可發(fā)現(xiàn)電壓峰值在Cin被完全充滿電后達到了34V。由于LM2676的額定輸入電壓可達到40V，因此被測電路不會受損。如果我們使用了一個具有較低最大額定輸入電壓的評估板，或者我們對更高的輸入電壓做了相同的測試，則Vin上的電壓毛刺將會輕易的損壞評估板上的開關(guān)穩(wěn)壓管和輸入電容。被測設(shè)備的軟啟動功能無法抑制該過沖，因為軟啟動僅僅控制了Z2的行為而不能影響到輸入電容。該情形也存在于被測設(shè)備的使能功能上。除電壓過沖的缺陷外，在較高的功率測試中對被測設(shè)備的熱插拔也可導(dǎo)致直流放電，而且用手插入設(shè)備時可能會發(fā)生一些接地反彈。2）利用實驗室電源的輸出使能按鈕啟動被測設(shè)備。該啟動電路的方法通常是測試電源板的一個好方法。該輸出使能功能通常包含有軟啟功能，從而使得供電電壓緩慢上升。但是，一些電源并不具有輸出使能按鈕。在這種情況下，最好的辦法是將實驗室電源設(shè)置成0V后連接被測電路，然后手動增加實驗室電源的電壓達到標稱供電電壓值。實驗室電源通常有一個可調(diào)的最大設(shè)置電流限制和一個最大功率限制。啟動期間，不僅終端負載被供電，而且被測設(shè)備的輸入電容和輸出電容均被充電。理解此點是非常重要的。由于依賴于最大額定功率以及實驗室電源電流的反射行為，所以被測設(shè)備也許根本就不可能被上電啟動。如果實驗室電源的尺度適合以致于最大功率或電流能力恰好趨于終端負載的標稱穩(wěn)態(tài)功率消耗，則有必要在啟動期間將不同的能量消耗設(shè)備分開。這些能量消耗包括：a）被測設(shè)備的輸入電容。只有實驗室電源的軟啟動功能或手動開啟電源能夠有影響。b）被測設(shè)備的輸出電容。如果待測設(shè)備的轉(zhuǎn)換器具有軟啟動功能，則該負載可在啟動期間降低。c）終端負載。它可能在被測設(shè)備啟動之后開啟，并在被測設(shè)備的輸出電容充電后運行。實驗室電源最大的困境是當被測設(shè)備具有大的輸入電容、具有非常短的軟啟動或不具