Förstå och mäta övergående återhämtningstid för strömförsörjning

Denna filtyp innehåller högupplöst grafik och scheman när så är tillämpligt.

Bob Zollo, produktplanerare, Power and Energy Division, Keysight Technologies
Transientåterställningstid för strömförsörjning är specifikationen för en likströmskälla. Den beskriver hur snabbt strömförsörjningen kommer att återhämta sig från ett transient belastningstillstånd på strömförsörjningens utgång.   


Med en idealisk strömkälla som arbetar i konstant spänning, skulle utspänningen förbli på det programmerade värdet oavsett strömmen som dras ut från strömförsörjningen av belastningen. En riktig strömförsörjning kan dock inte behålla sin programmerade spänning när det sker en snabb ökning av belastningsströmmen.


Som svar på en snabb ökning av strömmen kommer strömförsörjningsspänningen att sjunka tills återkopplingsslingan för strömförsörjningens reglering återför spänningen till det programmerade värdet. Den tid det tar för värdet att komma tillbaka till det programmerade värdet är den transienta återhämtningstiden för lasten (fig. 1).


Observera att om belastningsströmtransienten inte är en snabb transient, utan snarare långsamt stiger eller faller, kommer strömförsörjningens återkopplingsslinga att vara tillräckligt snabb för att reglera och bibehålla utspänningen utan någon synlig transient. När strömtransientens flankhastighet ökar, överskrider den strömförsörjningsåterkopplingsslingans förmåga att "hänga med" och hålla spänningen konstant, vilket resulterar i en belastningstransienthändelse.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filer Uppladdningar 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Last-transient återhämtningstid är tiden "X" för utspänningen att återhämta sig och hålla sig inom "Y" millivolt av den nominella utspänningen efter en "Z" amperes stegändring i belastningsströmmen. "Y" är det specificerade återhämtningsbandet eller utjämningsbandet, och "Z" är den specificerade belastningsströmändringen, typiskt lika med strömförsörjningens märkström för full belastning.




Den transienta återställningstiden för strömförsörjningen mäts från början av belastningsströmtransienten tills strömförsörjningen sätter sig och återigen når det programmerade värdet. Men varje gång du anger "når ett programmerat värde", måste du ange inom ett toleransband. Således specificeras strömförsörjningslast-transientåterställningstid som den tid som krävs för att nå ett toleransband på någon procent av det programmerade värdet, någon procent av den nominella uteffekten eller till och med ett fast spänningstoleransband. Tabellen visar några exempel på transientspecifikationer för strömförsörjning.  


När du tittar på Keysight N7952A-strömförsörjningen kan du se att toleransbandet för transient återhämtningstid är specificerat som 100 mV. När du mäter transient återhämtningstid, om utspänningen är 25 V, måste du mäta hur lång tid det tar för strömförsörjningen att återhämta sig till inom ±100 mV runt 25 V.






Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filer Uppladdningar 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Effektförstärkare exemplifierar varför transient återhämtningstid är viktig


Låt oss titta på en exempelapplikation där likströmsförsörjningstransientsvar är viktigt. När du testar effektförstärkare (PA) som används i mobila enheter (som mobiltelefoner eller surfplattor) är det mycket viktigt att likströmsförspänningen till enheten som testas (DUT) förblir på en fast och stabil spänning. Om spänningen skulle fluktuera eller ändras under testet, upprätthålls inte de korrekta testförhållandena och de resulterande RF-effektmätningarna på DUT kommer inte att vara korrekta.     


I detta fall av PA förvärras situationen på grund av den nuvarande profilen. PA:n sänder i pulser och drar därför ström från likströmsförspänningen i pulser. Dessa pulser har snabba kanthastigheter och uppvisar därför betydande belastningstransienter på likströmsförspänningen. Varje gång PA:n pulserar drar den hög ström, vilket drar ner strömförsörjningen för likström. Strömförsörjningen kommer att återhämta sig snabbt; under den tid då strömförsörjningen reagerar på transienten är dess spänning emellertid inte vid det önskade värdet för testet. När strömförsörjningen återställs, kommer PA:n att fungera under rätt testförhållanden och därmed blir det möjligt att göra korrekta RF-effektmätningar. 


Med miljarder PA som tillverkas och testas varje år är testkapaciteten avgörande. Om strömförsörjningen återhämtar sig långsamt, lägger den till testtid till PA och saktar därför ner tillverkningstestets genomströmning. PA-tillverkare letar därför efter snabbåterställningsströmförsörjning för att säkerställa att de kan uppnå maximal genomströmning av tillverkningstest. De tittar på specifikationen för övergående återhämtningstid för att avgöra vilken leverans som är bäst för deras tillämpning. Så strömförsörjningsleverantören måste kunna mäta övergående återhämtningstid för strömförsörjningen exakt för att kunna presentera bästa möjliga specifikation för PA-tillverkare.


Mätning av övergående återhämtningstid


Den utmanande delen av att mäta last-transient återhämtningstid är att bestämma när spänningen går in i toleransbandet. Medelvoltmetern kan enkelt mäta om likspänningen är inom toleransbandet. Det är dock ett långsamt instrument och kommer inte att kunna sampla tillräckligt snabbt för att ge en meningsfull tidsmätning med tillräcklig upplösning för att säga hur snabbt spänningen gick in i toleransbandet.


Ser man bortom den genomsnittliga voltmetern kan vissa höghastighetsvoltmetrar mäta tiotusentals avläsningar per sekund med tillräcklig noggrannhet för att upptäcka när strömförsörjningsspänningen exakt går in i toleransbandet. Ett sådant exempel är Keysights 34470A DMM. När de övergående återhämtningstiderna förbättras blir dessa voltmetrar, även som fångar data vid 50 ksamples/s, för långsamma för att fånga den snabba återhämtningstiden.  


FRÅN VÅRA PARTNARE
2.7-V till 24-V, 2.7-mΩ, 15-A eFuse med hot-swap-skydd, ±1.5 % strömmonitor & just. fel mgmt
TPS25982 2.7-V till 24-V, 2.7 mΩ, 15-A Smart eFuse - Integrerat Hot-Swap-skydd med 1.5 % exakt belastningsströmövervakning och justerbar transient...
WaveRunner 8000HD: Multi-rail analys
Gör känsliga mätningar, som rälskollapskarakterisering, med fullständigt självförtroende tack vare WaveRunner 8000HDs höga dynamiska omfång och 0.5 %...
En scope skulle vara ett mer rimligt verktyg att använda, eftersom det enkelt kan fånga och visualisera mycket snabba transienter. Det genomsnittliga omfånget har dock vanligtvis 1%-3% vertikal noggrannhet och 8-bitars upplösning. Följaktligen kämpar den för att tillhandahålla tillräckligt med vertikal noggrannhet och upplösning för att exakt lokalisera när likströmsutgångsspänningen når det smala toleransbandet. 


Genom att sätta kikaren i AC-koppling försöker man zooma in på toleransbandet. Emellertid kommer fel att införas eftersom den post-transient-reglerade likströmsnivån kommer att förvrängas på grund av växelströmskopplingen. Detta kan göra det svårt att exakt identifiera den posttransienta likströmsnivån inom toleransbandet eftersom den fastställda likspänningen "dras ner" av växelströmskopplingen.


Ett annat alternativ skulle vara att lämna skopet i likströmskoppling, men använd en stor likströmsförskjutning på kikarsikten för att zooma in på toleransbandet. Detta fungerar bra med likströmsutgångar i 0- till 10-V-nivån, men när likströmsutgången stiger måste likströmsförskjutningen också klättra. Med stora likströmsförskjutningar måste minimivolten/divisionen också öka för att stödja den stora likströmsförskjutningen, vilket resulterar i mindre mätupplösning på toleransbandet.  


För nätaggregat med ett bredare spänningstoleransband kan scopes användas för att göra dessa mätningar. Faktum är att Keysight-oscilloskop erbjuder inbyggd effektanalysmjukvara som gör transienta responsmätningar via nyckelfärdiga operationer (kolla in www.keysight.com/find/scopes-power). De högsta prestandaskopen, med 10 eller 12 bitars upplösning, har mer flexibilitet och mer avancerade frontends, vilket gör att de kan göra dessa mätningar även för smala spänningstoleransband. Dessa omfattningar är dock inte lika vanliga på den genomsnittliga labbbänken.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Filer Uppladdningar 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Den här skärmdumpen från Keysight IntegraVision Power Analyzer visar mätning av spänning-transient återhämtningstid.




För nätaggregat med smala spänningstoleransband, kan en högpresterande strömkvalitetsanalysator göra denna mätning - förutsatt att den har engångsmätning. Single-shot-mätning behövs eftersom transienten är en single-shot-händelse som utlöses av den stigande flanken av den aktuella pulsen. Alternativt, om du kan generera en repetitiv belastningsströmtransient, till exempel en fyrkantsvåg där strömmen hoppar mellan höga och låga strömvärden, kan du använda en effektanalysator utan engångsmätning för att fånga den upprepade transienta händelsen.  


Högpresterande effektanalysatorer har bättre än 0.1 % vertikal noggrannhet, 16-bitars upplösning och digitaliseringshastigheter på 1 Msample/s eller mer. Denna kombination av snabb digitalisering och noggrann spänningsmätning gör att du enkelt kan mäta strömförsörjningslasttransientsvar och identifiera när det smala toleransbandet nås. Eftersom en effektanalysator direkt kan mäta spänning och ström utan prober, kan du snabbt ställa in denna mätning för att trigga från den stigande kanten av strömmen och sedan mäta spänningsåtervinningstiden.  


En effektanalysator med denna kapacitet är IntegraVision Power Analyzer (fig. 2), som tillhandahåller digitalisering med 5-Msample/s i en enda bild vid 16 bitar samtidigt på både spänning och ström, med 0.05 % grundläggande noggrannhet, allt visas på en stor färgpekskärm . Mätningen görs på en 10-V matning som pulseras mellan 2A och 8A. Dess transientåterställningsband är ±100 mV.


Med hjälp av IntegraVisions två Y-markörer kan du identifiera toppen (10.1 V) och botten (9.9 V) av spänningstoleransbandet. Sedan, med de två X-markörerna, kan du identifiera när transienten börjar på den aktuella vågformen med markör X1 och när spänningen går in i toleransbandet med markör X2. Tidsskillnaden mellan X1 och X2 är den transienta återhämtningstiden, mätt som 90.4 μs.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC