基于不同的考慮有不同電路結(jié)構(gòu)
大多數(shù)直流電源轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)中包含輸入電容和輸出電容,然而電阻Z2表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)。
有些轉(zhuǎn)換器例如升壓轉(zhuǎn)換器,在它的輸入端有一個(gè)電感。一個(gè)典型的例子即美國國家半導(dǎo)體LM3481型升壓控制器。它的電路結(jié)構(gòu)中處于輸入端的電感使得輸入電流變化得非常緩慢,由于這種微弱的輸入電流波動(dòng),因而不需要太大的輸入電容,因此其直流供電也相對(duì)穩(wěn)定。
但是升壓轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)需要大輸入電流,顧名思義,在這種電路結(jié)構(gòu)中輸入電流要比輸出電流大很多。在整個(gè)啟動(dòng)過程中,需要對(duì)輸出電容進(jìn)行充電,這就需要在啟動(dòng)過程中有大的占空比和大輸入電流。
在步降開關(guān)模式電源供電中,輸入電流通常比輸出電流要小,對(duì)于步降電源中的輸出電容的充電過程,其所需的輸入電流比升壓轉(zhuǎn)換器的要小。一個(gè)例子就是美國國家半導(dǎo)體的LM5575型的簡易步降電源開關(guān),它提供了一種可調(diào)的軟啟動(dòng)功能,可以用于降低實(shí)驗(yàn)室電源的啟動(dòng)負(fù)載。
測試模式下的電路加載
一種簡單的測試模式下的被測電路加載方法就是使用電子式負(fù)載箱,這時(shí)只需要直接調(diào)節(jié)負(fù)載箱的負(fù)載電流,而不需要專門設(shè)置合適的電阻,可以通過增加和減少電阻來調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
盡管如此,對(duì)于許多電源供電測試來說,電子式負(fù)載箱的電路行為和實(shí)際系統(tǒng)中的負(fù)載是不一樣的,負(fù)載箱中的主動(dòng)控制環(huán)路可以保持恒定的電流,當(dāng)在電路測試中啟動(dòng)被測電路后緩慢增加輸出電壓,負(fù)載箱會(huì)改變它的阻抗(圖2中的Z3)持續(xù)下拉電流,有時(shí)這個(gè)阻抗會(huì)非常低,輸出負(fù)載非常高,以至于測試電路無法建立起輸出全電壓。大部分的負(fù)載箱也可以設(shè)置成為固定電阻值而不是固定電流值,盡管常常固定電流值會(huì)簡化測試。
圖4顯示了一個(gè)降壓穩(wěn)壓器的啟動(dòng)過程的示波器圖,其中輸出端有活動(dòng)負(fù)載。
圖4
圖5顯示了同樣的啟動(dòng)過程,不過其輸出端是純電阻和被動(dòng)負(fù)載。
圖5
在這些啟動(dòng)測試中,通過控制實(shí)驗(yàn)室電源供電按鈕(通道2,紫色)緩慢增加輸入電壓,通道4(綠色)顯示輸出電流是1A,通道1(黃色)顯示被測電路的輸出電壓,被設(shè)置為5V圖4顯示了當(dāng)活動(dòng)負(fù)載在開始調(diào)節(jié)1A電流時(shí)所出現(xiàn)的大的電流尖峰,負(fù)載將電流上拉至1A, 在此過程中,評(píng)估板(通道1)的輸出電壓被強(qiáng)制為低。
圖5顯示了同樣的啟動(dòng)過程,不過用電子式負(fù)載代替了活動(dòng)負(fù)載,使用了5Ω電阻,正如我們所期望的一樣,輸出電流隨著輸出電壓線性增加。
圖6顯示了另一種可能的啟動(dòng)過程。
圖6
這里使用了一個(gè)電子式負(fù)載,但是采用了電阻模式,通過設(shè)定5Ω的固定電阻獲得1A的電流,注意此時(shí)的時(shí)間軸被放大,表明在實(shí)際的啟動(dòng)過程中,開始電路并沒有負(fù)載,只是在60毫秒后負(fù)載才突然應(yīng)用于電路中。
對(duì)于同樣電子式負(fù)載的電路行為則非常微妙,如果不用探針對(duì)輸出電流進(jìn)行測量,不太可能探測到其電路行為,啟動(dòng)后,能夠在電子式負(fù)載顯示上看到1A 的電流,在最初的幾毫秒內(nèi),啟動(dòng)過程看起來非常漂亮和干凈,實(shí)際上,在啟動(dòng)過程中負(fù)載并沒有應(yīng)用于電路中,但是在一個(gè)較長的延遲事件后被激活。
原則上,被測電源管理電路的啟動(dòng)過程、瞬時(shí)負(fù)載,以及間歇性的短路行為都需要在被動(dòng)負(fù)載條件下被測試,以便于觀測真實(shí)的被測電路行為。因?yàn)槲覀兊哪康牟⒉皇窃u(píng)估活動(dòng)負(fù)載箱的校準(zhǔn)回路。盡管如此,在穩(wěn)態(tài)測試中,電子式負(fù)載依然可以給我們帶來很多方便,例如可以改變輸出電流而不會(huì)帶來嚴(yán)重的后果。
一般來說,只要實(shí)驗(yàn)室電源供電有足夠的峰值電流能夠給被測器件上電同時(shí)給負(fù)載供電,就可以在上電之前將被動(dòng)負(fù)載附在被測電路上,有些被測電路需要有一個(gè)最小的負(fù)載值用于更好的校準(zhǔn)輸出電壓。
在被測電路上電后插拔負(fù)載會(huì)給被測電路帶來大的瞬態(tài)負(fù)載,這種瞬態(tài)負(fù)載通常會(huì)導(dǎo)致輸出電壓過沖或者下沖。直流轉(zhuǎn)換器的評(píng)估板一般不會(huì)對(duì)這種大的瞬態(tài)負(fù)載作針對(duì)性的優(yōu)化,因此這種輸出電壓的過沖很可能會(huì)破壞被測電路的輸出電容,當(dāng)然這要取決于被測電路的輸出電壓等級(jí)以及評(píng)估板對(duì)瞬態(tài)負(fù)載的優(yōu)化程度。
評(píng)估板的設(shè)計(jì)往往要考慮以下幾個(gè)因素:尺寸大小,外部器件的成本,輸出電壓波動(dòng),效率,供電和負(fù)載瞬變以及輸入和輸出電壓范圍。這些設(shè)計(jì)目標(biāo)有時(shí)是互斥的,因此對(duì)于電源的設(shè)計(jì)工程師來說,相對(duì)于對(duì)被測電路的輸出電壓電路測試和插拔負(fù)載測試來說,對(duì)被測電路更小的電路瞬態(tài)觀測其輸出電壓是更省事(懷疑應(yīng)為安全,請(qǐng)確認(rèn))的辦法。
如果沒有被測電路的校準(zhǔn)回路,對(duì)電感進(jìn)行充電的能量足以引起大的輸出電壓過沖,這種情況往往發(fā)生在突然移走負(fù)載,導(dǎo)致被測電路的輸入電壓過高而輸出電壓過低的時(shí)候。
實(shí)驗(yàn)室測試如何接近真實(shí)的系統(tǒng)
很多實(shí)際的系統(tǒng)往往起電源來自于很近的本地供電,例如一節(jié)電池綁定直流轉(zhuǎn)換器,這種情況下,供電線很短因此問題較少,負(fù)載往往和電源供電離得很近,負(fù)載線很短因此電感值很低,當(dāng)然,也有很多實(shí)際的系統(tǒng)中,電源和直流轉(zhuǎn)換器之間距離很遠(yuǎn),例如交流變壓器,也有一些系統(tǒng)例如 LED的驅(qū)動(dòng)電路通常其負(fù)載與直流轉(zhuǎn)換器距離很遠(yuǎn),因此其負(fù)載線更長,阻抗更高。
總之,盡管存在一些不確定因素,但本文中所描述的所有評(píng)估直流轉(zhuǎn)換器的規(guī)則和方法在實(shí)際的應(yīng)用中是行之有效的。