克服動(dòng)態(tài)負(fù)載帶來的高電流脈沖的挑戰(zhàn)

動(dòng)態(tài)負(fù)載帶來了電源領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的幾個(gè)問題?？焖僮兓?strong>電流或脈沖電流異常難控制，許多被測(cè)設(shè)備(DUTs,devices under test)都會(huì)為電源帶來快速變化的電流或脈沖負(fù)載。

由電池供電的設(shè)備，如智能手機(jī)，設(shè)計(jì)師會(huì)應(yīng)用電源管理技術(shù)優(yōu)化運(yùn)行時(shí)間。這里的電源管理算法會(huì)控制子系統(tǒng)的開關(guān)從而節(jié)省電量，但這種做法會(huì)造成電流快速變化。

一個(gè)GSM發(fā)射脈沖能在接近600μs寬度的發(fā)射脈沖時(shí)間里，達(dá)到0.15A/μs的邊沿斜率。發(fā)射脈沖的快速邊沿會(huì)導(dǎo)致電源輸出電壓在發(fā)射時(shí)出現(xiàn)下降，引發(fā)被測(cè)端的電壓出現(xiàn)錯(cuò)誤，隨著脈沖不斷出現(xiàn)，電壓不穩(wěn)的情況也會(huì)很多。

如果處理器很強(qiáng)大，操作電壓會(huì)從3V降到不到1V,而隨著電壓下降，電流則上升，而電流上升加之處理器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電流消耗也會(huì)急速變化。

再次說明，電源在對(duì)測(cè)試中的被測(cè)設(shè)備供電的時(shí)候，高速電流會(huì)導(dǎo)致輸出電壓下降。1V輸出的時(shí)候，可能會(huì)下降數(shù)百毫伏，讓測(cè)試失效，還可能帶來電壓不穩(wěn)，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

尋找解決方法

通常用戶都會(huì)找提供電源的廠商來解決問題。一定程度上有可能找到一家供應(yīng)商，提供能適應(yīng)快速變化電流的電源。但電流變化有多款，di/dt如何，才是關(guān)鍵因素。

對(duì)于GSM這樣速度的脈沖，一款能維持電壓輸出、快速整流以減少電壓下降的電源是有可能實(shí)現(xiàn)的。但有時(shí)候，電源無法快速響應(yīng)，物理原因和電源與被測(cè)設(shè)備間導(dǎo)線的電感就成了問題所在。

V= L * di/dt的公式表示了導(dǎo)線中由于電感導(dǎo)致的電壓下降。普通導(dǎo)線每英尺的電感接近0.1 μH,超低電感導(dǎo)線該數(shù)值為5-10nH.因此如果在1μs上升時(shí)間內(nèi)有100A的電流變化穿過10nH的低電感導(dǎo)線，就會(huì)在導(dǎo)線上看到1V的電壓降(圖1)，而且相反地，電壓快速下降，就能看到電壓由于導(dǎo)線導(dǎo)致的突升(也稱作感應(yīng)沖擊)。

圖1.改變電流會(huì)影響導(dǎo)線電感的壓降

解耦電容器經(jīng)常用來減小快速變化的電流從而減輕電壓下降。但這些電容只能解決電源和電容器之間的問題。電容緩慢充電，在電流變化的期間維持電壓，使得電源不會(huì)出現(xiàn)高di/dt.

然而在電容器和被測(cè)設(shè)備之間仍會(huì)有高di/dt.所以電容必須非常接近被測(cè)設(shè)備，解耦電容器和被測(cè)設(shè)備輸入端之間的引線電感足夠小，從而當(dāng)快速變化的電容沖擊電容器的時(shí)候(圖2)，能在電容和被測(cè)設(shè)備之間的短電流通道最大程度地減輕電壓下降。

圖2.高di/dt會(huì)在解耦電容器和被測(cè)設(shè)備之間流動(dòng)，因此需要考慮導(dǎo)線電感

有時(shí)電容器還不太實(shí)際。足夠容量降低di/dt的電容器通常體積很大，無法放在被測(cè)設(shè)備附近，特別是在微型化的電子產(chǎn)品中。如果需要測(cè)量被測(cè)設(shè)備的輸入電流，可以嘗試測(cè)量電源和電容器之間的電流，但看不到流進(jìn)被測(cè)設(shè)備的電流如何。實(shí)際上這是為什么先放置電容器的原因。

隨后還要測(cè)量電容和被測(cè)設(shè)備之間的電流。但普通的電流傳感器，如電流探測(cè)器或分流器都要另加入額外長(zhǎng)度的引線。此外，外加引線的電感也會(huì)是造成電壓下降的原因。

因此為了控制高電流脈沖應(yīng)該：

使用低電感的導(dǎo)線

在電源和被測(cè)設(shè)備中使用導(dǎo)線的時(shí)候，綁緊或者擰住征服輸出引線，以減少導(dǎo)線之間的回路面積，從而減少電感。

避免管腳之間距離很開的大型連接器。這些距離將增加引腳之間的面積，從而增加電感。

大電容盡可能靠近被測(cè)設(shè)備，考慮到允許的空間，假設(shè)電容器不會(huì)干擾被測(cè)設(shè)備的測(cè)量或運(yùn)行。

用高質(zhì)量的，耐受快速電壓變化的電源。專為此目的設(shè)計(jì)的電源通常稱為"動(dòng)態(tài)電源"、"脈沖負(fù)載電源"或者"高速電源".