支持 IC 和電路的電源瞬態(tài)緩沖器設(shè)計分享

不久前，我在測試具有內(nèi)置輸入過壓 (OV) 和欠壓 (UV) 保護(hù)功能的新 IC 時發(fā)現(xiàn)自己正好處于這種情況。 為了證明這些特性的功能，需要非常具體的 V IN波形。如果 V IN 高于 OV 或低于 UV 閾值的時間超過數(shù)據(jù)表時間，則芯片應(yīng)關(guān)閉并需要重新啟動。但是，如果 IC 的輸入電壓在該時間內(nèi)恢復(fù)并回到允許范圍內(nèi)，則該部件應(yīng)繼續(xù)正常工作，并且不會 需要重新啟動。雖然我可以很容易地測試OV和UV關(guān)閉功能，但我通常的技巧都不能測試自我恢復(fù)功能，因為我沒有辦法以足夠快的速度調(diào)整輸入電壓。由于恢復(fù)時間在幾十微秒左右，并且必須同時給集成電路本身供電，并改變20μF的輸入解耦電容，簡單地使用一個函數(shù)發(fā)生器是不可能的。

在多次嘗試使用與電源串聯(lián)的函數(shù)發(fā)生器構(gòu)建解決方案失敗后，我想出了圖 1所示的電路。該電路本身是在替補(bǔ)席上進(jìn)行了多次修改的產(chǎn)物，以查看最有效的方法。簡而言之，所需的電壓瞬變在函數(shù)發(fā)生器上產(chǎn)生，并使用高功率運(yùn)算放大器進(jìn)行緩沖，以驅(qū)動評估板上的 20μF 電容。

圖1 線路瞬態(tài)測試儀示意圖

該電路的核心是 Burr-Brown/Texas Instruments 的OPA2544T，如果采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，它能夠在 ±35V 電源下工作并輸出高達(dá) 6A 的電流。雖然這個特定的應(yīng)用程序不需要太多的功率，但是選擇一個超出我當(dāng)前需求的放大器可以構(gòu)建一個更通用的測試夾具。完成驗證工作后，該電路可用于測試許多不同的穩(wěn)壓器、電池充電器和其他具有寬輸入電容范圍的電路。

運(yùn)算放大器輸出和 V IN之間的 0.1Ω 電阻器 可以防止在從函數(shù)發(fā)生器重新創(chuàng)建快速脈沖時出現(xiàn)過度振鈴。當(dāng)負(fù)載電容相當(dāng)大時，該電阻器也是電路在很寬的頻率范圍內(nèi)的輸出阻抗，就像這里的情況 [1]。R GAIN 可以添加到電路中，以允許超出函數(shù)發(fā)生器范圍的電壓瞬變(在我的情況下為 ±10V)。建議將一個最小電阻與 R GAIN的電位器串聯(lián)， 以防止電位器設(shè)置不正確時輸出飽和。

圖 2 原型電路

圖 2顯示了電路原型，使用的是用一把愛好刀劃過的覆銅箔，以及我在工作臺上手頭的任何無源器件。在概念驗證測試期間，使用了一塊替代板，將與實際應(yīng)用相同的 10μF 輸入電容器安裝在第二塊銅箔上。被測芯片消耗的功率被認(rèn)為可以忽略不計，因此在此階段被忽略。注意盡量減少來自功能的電感

發(fā)電機(jī)，以及瞬態(tài)電路和輸入電容器之間(注意左側(cè)的切割 BNC 電纜和底部的銅條)。0.1O 電阻由兩個 0.2O 功率電阻并聯(lián)制成，以確保承載大電流沒有任何問題。當(dāng)我在感受這個電路的性能時，我發(fā)現(xiàn)在某些轉(zhuǎn)換條件下它可能會變得很熱，所以如果它被制成合適的電路板，散熱器將是一個受歡迎的補(bǔ)充。作為另一個一般提示，我發(fā)現(xiàn)相對于預(yù)期的最高或最低電壓，運(yùn)算放大器上至少有 6V 的電源裕量可以獲得最佳性能。

圖 3 提供直流電壓

圖 4和圖5 顯示了瞬態(tài)電路在小而快的線路階躍和大而慢的瞬態(tài)下的性能。雖然對于非?？焖俚乃沧儊碚f不是完美的，但該原型在測試 IC 的自恢復(fù)功能方面表現(xiàn)得足夠好。兩邊沒有振鈴意味著芯片中沒有發(fā)生錯誤觸發(fā)，我能夠及時成功地完成所需的驗證以趕上我的最后期限，并且非常高興。對于從函數(shù)發(fā)生器重建更大、更慢的波形，結(jié)果甚至更好，顯示出一個穩(wěn)定的，但稍微過阻尼的系統(tǒng)。

圖 4 小而快的邊沿瞬態(tài)結(jié)果

圖 5 大而慢的邊沿瞬態(tài)結(jié)果

能夠使用函數(shù)發(fā)生器的許多波形選項提供了以受控和可重復(fù)的方式復(fù)制最終應(yīng)用中預(yù)期的任何線路瞬變的能力，從簡單的電平變化到更復(fù)雜的毛刺。只要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來保護(hù)被測放大器和電路板，這個簡單的電路將有助于更完整的驗證，并在產(chǎn)品周期的早期發(fā)現(xiàn)任何相關(guān)的錯誤。

沒有一些專門設(shè)備的情況下，測試和測量 IC 或電路在電源瞬態(tài)方面的性能是一項棘手的任務(wù)。輸入電壓源不僅需要以受控方式改變，而且還必須能夠提供足夠的電流來調(diào)節(jié)輸入電容并為被測電路供電。

相對容易地產(chǎn)生正線路瞬變(例如 4V 至 12V)的一種方法是使用一對二極管在兩個電源之間切換。雖然簡單，但這種方法無法控制輸入電壓的dV / dt 。負(fù)線瞬態(tài)更難實現(xiàn)，因為許多臺式電源無法從電容器吸收電流以將其電壓轉(zhuǎn)換為負(fù)值。嘗試在電容器上掛一個電流源，以便在負(fù)壓擺期間從電容器吸收電流，并正確切換電源，而無需破壞它們說起來容易做起來難。但是，如果應(yīng)用需要脈沖輸入電壓或同時需要正負(fù)線路瞬態(tài)，則這些方法都不起作用。