Robert Taylor

微处理器和应用特定集成电路 (ASIC) 需要低电压、高电流电源。此类电源通常对输出电压偏差有非常严格的要求，对于负载瞬态事件尤其如此。测试此类电源会给设计人员带来一定的挑战，并且可能难以确认是否符合规范。

在电源设计小贴士 63 中，Robert Kollman 讲述了一些与负载瞬态测试相关的问题。在此，我将介绍更多详细信息以及可用于简化这些复杂测试的方法。

首先，需要了解所有瞬态规格，以便合理设计电源，同时还需要了解它们如何应用于测试。典型的瞬态规格包括：

• 负载阶跃大小，以安培为单位或以占满负载的百分比表示。
• 瞬态事件（有时为零）期间的最小负载。
• 负载阶跃的压摆率，通常以安培/微秒为单位。
• 阶跃两个边沿支持的最大电压偏差。
• 预期恢复时间。

图 1 展示了通常如何定义这些规格的示例。

了解所有规格后，可以尝试设计可满足要求的电源。但满足测试要求往往是一项挑战。1V 输出电压、100A 负载阶跃和 1000A/μs 压摆率的要求再正常不过。在大多数测试情况下，限制因素是待测电源和负载之间的电感。在实际系统中，电源通常紧邻其所供电的负载放置，以便更大限度地减少寄生电感。

可以使用多种方法来测试给定电源的负载瞬态响应；每种方法都各有其优缺点。在本文中，我将比较以下方案：外部电子负载、外部瞬态电路板、“场效应晶体管 (FET) 冲击”、板载瞬态发生器和基于插槽的瞬变测试仪。

外部电子负载可能是测试瞬态响应的最常用，也是最方便的方法。大多数负载都具有可轻松设置电流电平和转换时间的模式。主要缺点是压摆率受限，这是源于外部接线或实际负载限制。

在压摆率方面，外部瞬态电路板通常具有更出色的表现，但会降低灵活性。根据设计的不同，负载瞬态电路板可能会在最大电流、热耗散或压摆率方面受到限制。瞬态电路板从外部连接，因此接线通常成为限制压摆率的因素。此外，还需要为测试的每个电源调整或配置电路板。

FET 冲击是一种获得高速瞬态结果的快速、直接方法。可以通过电阻器将金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 从漏极连接到源极，或直接连接到电源的输出端，并使用函数发生器控制栅极。由于外部接线较少，因此寄生电感显著降低。

虽然这种方法通常会产生高压摆率，但测试可能难以控制和实现可重复性。可能还需要修改印刷电路板 (PCB) (图 2)。此方法的另一个问题是，测量实际负载阶跃电流有一定困难，并且测量值可能不准确。

在尝试测试高电流、高速瞬态的性能时，板载瞬态发生器会非常实用。可以按照确切的负载瞬态规格设计电路。主要缺点是元件会产生额外成本和空间占用。此外，灵活进行多种不同的测量可能既困难又耗时。

板载瞬态发生器的设计也可能非常复杂。它可以像由 555 计时器控制的电阻器和 FET 一样简单，也可以像图 3 中所示的一样复杂。更为复杂的设计采用尺寸更小、开关速度更快的多级 FET。此设计可实现 1000A/μs 的压摆率。

最后一个选择是使用处理器插槽和专用瞬变测试仪工具。这种方法成本最高，原因在于工具本身可能成本较高，而且 PCB 的成本也十分高昂。但对于一组给定的处理器要求，却可以获得最准确的结果。处理器或 ASIC 制造商经常开发此类工具，因而它们是专为满足特定的测试条件而构建。

表 1 总结了瞬态测试方案。

测试负载瞬态是电源设计和合规性的非常重要的部分。测试装置中的寄生电感会阻碍实现所需压摆率。希望本文介绍的各种方法可以帮助您避免这个问题。

如需了解有关瞬态负载的更多信息，请阅读 Power House 博客：电源设计小贴士：简单的电路可产生快速、可控制的瞬态负载。

要了解更多电源设计小贴士，请查看 TI 的电源设计小贴士博客系列。

另请参阅：

• 测试电源
• 针对稳压器的负载瞬态响应测试
• 电源设计小贴士 63：测试高 di/dt 电源
• 电源设计小贴士 78：同步整流器可优化反激式电源的交叉调节性能
• 功率驱动器设计可处理难以应对的负载，帮助对 PSU 进行表征
• 电源瞬态缓冲器可实现 IC & 电路测试
• 瞬态负载有助于强化电源系统

之前已在 EDN.com 上发布。