以浪涌抗擾度的視角談前級EMC的設(shè)計

動態(tài)響應是電源測試中的一個重要指標，要設(shè)計滿足要求的電源動態(tài)響應，必然及到環(huán)路問題。說起環(huán)路設(shè)計，會讓很多工程師眉頭緊皺、無從下手的困境，現(xiàn)本文從以下幾個方面來談一談動態(tài)響應設(shè)計思路，解決設(shè)計遇到的刺手問題。

一、開關(guān)電源為什么需要動態(tài)響應測試？

開關(guān)電源作為整個系統(tǒng)的供電“心臟”，當它的輸出負載電流發(fā)生跳變時，對輸出電壓的波動有嚴格的設(shè)計要求：必須限制在一定的容差范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)電路的穩(wěn)定工作。但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，低壓大電流的各種電子設(shè)備成為主流的設(shè)計思路，電流需求量不斷提高，要確保電源輸出波動在一個范圍內(nèi)，成為業(yè)內(nèi)一個比較刺手的問題，一直困擾的工程師。

二、電源動態(tài)響應的測試方法和要求

輸入：規(guī)格中定義的最小、標稱及最大輸入直流電壓；輸出：規(guī)格中定義的動態(tài)負載電流條件及規(guī)格所允許的最小電容負載。比如E2405UHBD-20W ，輸入電壓范圍：9-36VDC，則選擇固定的輸入電壓9VDC、24VDC、36VDC，標稱輸出電壓5V，負載電流在額定值的25％-50％-25％和50％-75％-50％變化下測試，如圖一所示。

圖一  測試示意圖

負載的動態(tài)變化是有嚴格要求的，依規(guī)格要求設(shè)定負載電流的起始點、終點，負載電流的上升、下降速率及負載電流的變化周期，如圖二所示。給產(chǎn)品上電后按規(guī)格要求，調(diào)整負載電流的變化周期t12、t23、tr、tf。

圖二  動態(tài)負載電流設(shè)置示意圖

三、動態(tài)響應的測試判定準則

按照圖一、圖二搭接好測試電路圖和調(diào)整好測試參數(shù)后，輸出負載在額定值的25％-50％-25％和50％-75％-50％變化（電流跳變的斜率為0.08~0.1A/uS，周期大于該動態(tài)完全穩(wěn)定所需），用示波器抓取產(chǎn)品輸出紋波噪聲波形，并調(diào)節(jié)波形至動態(tài)波形顯示，記錄此時的過欠沖幅度和恢復時間；調(diào)節(jié)供電電壓和負載跳變方式分別記錄不同組合下的過欠沖幅度和恢復時間。

判定條件 

a、各輸出測量值符合規(guī)格要求；

b、不能有震鈴(反饋回路欠阻尼)現(xiàn)象；

c、待測電源不可以損壞；

d、待測電源不可以工作不穩(wěn)定，甚至關(guān)機(Shut down)；

e、響應時間符合要求。

四、動態(tài)響應與什么有關(guān)？該如何整改？

電源的負載動態(tài)特性與環(huán)路的響應特性有關(guān)，是好是壞在動態(tài)負載時特別明顯?？傊牟呗灾笇悸罚?ldquo;反饋環(huán)路的帶寬越寬，動態(tài)響應速度越快；阻尼系數(shù)越小，過沖越大”。

a、在器件高頻特性、EMC、效率允許的條件下，通過提高開關(guān)頻率來提升動態(tài)響應速度，或者讓占空在動態(tài)情形下逐步增大，以避免如電流突變引起的問題；

b、利用電容、電感，電容容量越大，動態(tài)響應越小；電感感量越小，動態(tài)響應越快；

c、反饋環(huán)路的帶寬越寬，動態(tài)響應速度越快，那就是在高增益下，系統(tǒng)的動態(tài)響應速度快。零點會改善動態(tài)響應速度，極點會減慢動態(tài)響應速度，那就是超前補償使系統(tǒng)響應速度更快，滯后補償使系統(tǒng)響應速度更慢。

d、相位閾度越小，動態(tài)響應越快，但是太小，會出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩。

e、使用高可靠性的電源模塊，致遠電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個系列，封裝形式多樣，兼容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時致遠電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實驗室，配備最先進、齊全的測試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV，可應用于絕大部分復雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。