【導讀】低電壓大電流供電場景下（如微處理器及ASIC芯片），電源系統需滿足嚴苛的電壓容限要求，其動態響應特性在負載瞬態工況下尤為關鍵。此類電源的測試驗證工作面臨雙重挑戰：既要捕捉納秒級電流突變引發的細微電壓波動，又需建立精準的規范符合性評估基準。
本期，我們將介紹負載瞬態測試和簡化復雜測試的詳細知識
低電壓大電流供電場景下（如微處理器及ASIC芯片），電源系統需滿足嚴苛的電壓容限要求，其動態響應特性在負載瞬態工況下尤為關鍵。此類電源的測試驗證工作面臨雙重挑戰：既要捕捉納秒級電流突變引發的細微電壓波動，又需建立精準的規范符合性評估基準。本文將介紹更多負載瞬態測試的詳細信息以及可用于簡化這些復雜測試的方法。
首先，需要了解所有瞬態規格，以便合理設計電源，同時還需要了解它們如何應用于測試。典型的瞬態規格包括：
? 負載階躍大小，以安培為單位或以占滿負載的百分比表示。
? 瞬態事件（有時為零）期間的最小負載。
? 負載階躍的壓擺率，通常以安培/微秒為單位。
? 階躍兩個邊沿支持的最大電壓偏差。
? 預期恢復時間。
圖 1 展示了通常如何定義這些規格的示例。
圖 1：負載瞬態測量的圖形說明
了解所有規格后，可以嘗試設計可滿足要求的電源。但滿足測試要求往往是一項挑戰。1V 輸出電壓、100A 負載階躍和 1000A/μs 壓擺率的要求再正常不過。在大多數測試情況下，限制因素是待測電源和負載之間的電感。在實際系統中，電源通常緊鄰其所供電的負載放置，以便更大限度地減少寄生電感。
可以使用多種方法來測試給定電源的負載瞬態響應；每種方法都各有其優缺點。本文將比較以下方案：外部電子負載、外部瞬態電路板、“場效應晶體管 (FET) 沖擊”、板載瞬態發生器和基于插槽的瞬變測試儀。
外部電子負載可能是測試瞬態響應的最常用，也是最方便的方法。大多數負載都具有可輕松設置電流電平和轉換時間的模式。主要缺點是壓擺率受限，這是源于外部接線或實際負載限制。
在壓擺率方面，外部瞬態電路板通常具有更出色的表現，但會降低靈活性。根據設計的不同，負載瞬態電路板可能會在最大電流、熱耗散或壓擺率方面受到限制。瞬態電路板從外部連接，因此接線通常成為限制壓擺率的因素。此外，還需要為測試的每個電源調整或配置電路板。
FET 沖擊是一種獲得高速瞬態結果的快速、直接方法。可以通過電阻器將金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 從漏極連接到源極，或直接連接到電源的輸出端，并使用函數發生器控制柵極。由于外部接線較少，因此寄生電感顯著降低。
雖然這種方法通常會產生高壓擺率，但測試可能難以控制和實現可重復性。可能還需要修改印刷電路板 (PCB) （圖2）。此方法的另一個問題是，測量實際負載階躍電流有一定困難，并且測量值可能不準確。
圖 2：包含 FET 沖擊的 PCB 示例
在嘗試測試高電流、高速瞬態的性能時，板載瞬態發生器會非常實用。可以按照確切的負載瞬態規格設計電路。主要缺點是元件會產生額外成本和空間占用。此外，靈活進行多種不同的測量可能既困難又耗時。
板載瞬態發生器的設計也可能非常復雜。它可以像由 555 計時器控制的電阻器和 FET 一樣簡單，也可以像圖 3 中所示的一樣復雜。更為復雜的設計采用尺寸更小、開關速度更快的多級 FET。此設計可實現 1000A/μs 的壓擺率。
圖 3：板載瞬態發生器的更復雜版本
最后一個選擇是使用處理器插槽和專用瞬變測試儀工具。這種方法成本最高，原因在于工具本身可能成本較高，而且 PCB 的成本也十分高昂。但對于一組給定的處理器要求，卻可以獲得最準確的結果。處理器或 ASIC 制造商經常開發此類工具，因而它們是專為滿足特定的測試條件而構建。
表 1 總結了瞬態測試方案。
表 1：不同瞬態測試方法的比較
測試負載瞬態是電源設計和合規性的非常重要的部分。測試裝置中的寄生電感會阻礙實現所需壓擺率。希望本文介紹的各種方法可以幫助您避免這個問題。
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