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克服动态负载带来的高电流脉冲的挑战

2021-03-06 ryder

动态负载带来了电源范畴最具挑战的几个问题。快速变化的电流或脉冲电流异常难控制,许多被测设备(DUTs,devicesundertest)都会为电源带来快速变化的电流或脉冲负载。


电池供电的设备,如智能手机,设计师会使用电源管理技术优化运行时间。这里的电源管理算法会控制子系统的开关从而节省电量,但这种做法会造成电流快速变化。


一个GSM发射脉冲能在接近600s宽度的发射脉冲时间里,达到0.15A/s的边沿斜率。发射脉冲的快速边沿会导致电源输出电压在发射时出现下降,引发被测端的电压出现错误,随着脉冲不断出现,电压不稳的情况也会很多。


倘若解决器很强大,操作电压会从3V降到不到1V,而随着电压下降,电流则上升,而电流上升加之解决器的高速运转,电流消耗也会急速变化。


再次说明,电源在对探测中的被测设备供电的时候,高速电流会导致输出电压下降。1V输出的时候,可能会下降数百毫伏,让探测失效,还可能带来电压不稳,从而导致整个系统停止运行。


寻找处理办法


通常用户都会找供应电源的厂商来处理问题。一定程度上有可能找到一家供应商,供应能适应快速变化电流的电源。但电流变化有多款,di/dt要怎么样,才是关键因素。


关于GSM这样速度的脉冲,一款能维持电压输出、快速整流以减少电压下降的电源是有可能实现的。但有时候,电源无法快速应和,物理原由和电源与被测设备间导线的电感就成了问题所在。


V=L*di/dt的公式表示了导线中由于电感导致的电压下降。一般导线每英尺的电感接近0.1H,超低电感导线该数值为5-10nH.因此倘若在1s上升时间内有100A的电流变化穿过10nH的低电感导线,就会在导线上看到1V的电压降(图1),而且相反地,电压快速下降,就能看到电压由于导线导致的突升(也称作感应冲击)。


图1.改变电流会影响导线电感的压降


解耦电容器常常用来减小快速变化的电流从而减轻电压下降。但这些电容只能处理电源和电容器之间的问题。电容缓慢充电,在电流变化的期间维持电压,使得电源不会出现高di/dt.


然而在电容器和被测设备之间仍会有高di/dt.所以电容非得非常接近被测设备,解耦电容器和被测设备输入端之间的引线电感足够小,从而当快速变化的电容冲击电容器的时候(图2),能在电容和被测设备之间的短电流通道最大程度地减轻电压下降。


图2.高di/dt会在解耦电容器和被测设备之间流动,因此要考虑导线电感


有时电容器还不太实际。足够容量降低di/dt的电容器通常体积很大,无法放在被测设备附近,特别是在微型化的电子产品中。倘若要测量被测设备的输入电流,可以尝试测量电源和电容器之间的电流,但看不到流进被测设备的电流要怎么样。实际上这是为甚么先放置电容器的原由。


随后还要测量电容和被测设备之间的电流。但一般的电流传感器,如电流检测器或分流器都要另加入额外长度的引线。此外,外加引线的电感也会是造成电压下降的原由。


因此为了控制高电流脉冲应当:


使用低电感的导线


在电源和被测设备中使用导线的时候,绑紧或者拧住征服输出引线,以减少导线之间的回路面积,从而减少电感。


戒备管脚之间距离很开的大型连接器。这些距离将新增引脚之间的面积,从而新增电感。


大电容尽可能靠近被测设备,考虑到准许的空间,假设电容器不会干扰被测设备的测量或运行。


用高质量的,耐受快速电压变化的电源。专为此目的设计的电源通常称为动态电源、脉冲负载电源或者高速电源.

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