Zrozumienie i pomiar nieustalonego czasu przywracania zasilania

Ten typ pliku zawiera grafikę i schematy w wysokiej rozdzielczości, jeśli ma to zastosowanie.

Bob Zollo, planista produktu, dział zasilania i energii, Keysight Technologies
Czas powrotu do stanu przejściowego zasilacza to specyfikacja zasilacza prądu stałego. Opisuje, jak szybko zasilacz powróci do stanu przejściowego obciążenia na wyjściu zasilacza.   


Przy idealnym zasilaczu pracującym w stałym napięciu napięcie wyjściowe pozostanie na zaprogramowanej wartości niezależnie od prądu pobieranego z zasilacza przez obciążenie. Prawdziwy zasilacz nie może jednak utrzymać zaprogramowanego napięcia, gdy następuje gwałtowny wzrost prądu obciążenia.


W odpowiedzi na gwałtowny wzrost prądu napięcie zasilania będzie spadać, aż pętla sprzężenia zwrotnego regulacji zasilania sprowadzi napięcie z powrotem do zaprogramowanej wartości. Czas potrzebny na powrót wartości do wartości zaprogramowanej to czas przejściowy powrotu obciążenia (rys. 1).


Należy zauważyć, że jeśli przebieg przejściowy prądu obciążenia nie jest szybkim przebiegiem przejściowym, ale raczej powoli rośnie lub spada, pętla sprzężenia zwrotnego regulacji zasilania będzie wystarczająco szybka, aby regulować i utrzymywać napięcie wyjściowe bez widocznych przebiegów przejściowych. Wraz ze wzrostem prędkości zbocza prądu przejściowego przekracza ona zdolność pętli sprzężenia zwrotnego zasilania do „nadążania” i utrzymywania stałego napięcia, co skutkuje zdarzeniem przejściowym obciążenia.


Electronicdesign Com Witryny Electronicdesign Com Pliki przesłane 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Czas powrotu do stanu nieustalonego obciążenia to czas „X” powrotu napięcia wyjściowego do wartości „Y” w miliwoltach nominalnego napięcia wyjściowego po skokowej zmianie prądu obciążenia „Z”. „Y” to określone pasmo powrotu lub pasmo osiadania, a „Z” to określona zmiana prądu obciążenia, zwykle równa znamionowemu prądowi pełnego obciążenia zasilacza.




Czas powrotu do stanu przejściowego zasilania jest mierzony od początku stanu przejściowego prądu obciążenia do chwili, gdy zasilanie ustali się i ponownie osiągnie zaprogramowaną wartość. Ale za każdym razem, gdy określisz „osiąga zaprogramowaną wartość”, musisz określić w zakresie tolerancji. Tak więc czas powrotu do stanu przejściowego obciążenia zasilacza jest określony jako czas wymagany do osiągnięcia przedziału tolerancji kilku procent zaprogramowanej wartości, procent mocy znamionowej lub nawet stałego przedziału tolerancji napięcia. W tabeli przedstawiono kilka przykładów specyfikacji nieustalonych zasilaczy.  


Patrząc na zasilacz Keysight N7952A, można zauważyć, że pasmo tolerancji czasu powrotu do stanu nieustalonego jest określone jako 100 mV. Podczas pomiaru czasu powrotu do stanu nieustalonego, jeśli napięcie wyjściowe wynosi 25 V, należy zmierzyć, ile czasu zajmie powrót zasilania do poziomu ±100 mV około 25 V.






Electronicdesign Com Witryny Electronicdesign Com Pliki przesłane 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Wzmacniacze mocy ilustrują, dlaczego czas przywracania stanu przejściowego jest ważny


Przyjrzyjmy się przykładowej aplikacji, w której ważna jest odpowiedź przejściowa zasilacza prądu stałego. Podczas testowania wzmacniaczy mocy (PA) używanych w urządzeniach mobilnych (takich jak telefony komórkowe lub tablety), bardzo ważne jest, aby napięcie polaryzacji DC do testowanego urządzenia (DUT) pozostawało na stałym i stabilnym napięciu. Jeśli podczas testu napięcie będzie się wahać lub zmienić, nie zostaną zachowane odpowiednie warunki testowe, a wynikowe pomiary mocy RF na testowanym urządzeniu nie będą prawidłowe.     


W tym przypadku PA sytuacja pogarsza się ze względu na obecny profil. PA transmituje w impulsach, a zatem pobiera prąd z polaryzacji DC w impulsach. Impulsy te charakteryzują się dużą szybkością zbocza i dlatego prezentują znaczne stany nieustalone obciążenia przy polaryzacji prądu stałego. Za każdym razem, gdy PA pulsuje, pobiera wysoki prąd, który obniża napięcie zasilania prądem stałym. Zasilanie szybko się przywróci; jednak w czasie, gdy zasilacz reaguje na stan nieustalony, jego napięcie nie ma wartości wymaganej do testu. Po przywróceniu zasilania PA będzie działać w odpowiednich warunkach testowych, dzięki czemu możliwe będzie wykonanie prawidłowych pomiarów mocy RF. 


Ponieważ każdego roku produkuje się i testuje miliardy PA, przepustowość testów ma kluczowe znaczenie. Jeśli zasilacz powoli się przywraca, wydłuża czas testu na PA, a tym samym spowalnia przepustowość testów produkcyjnych. Dlatego producenci PA szukają zasilaczy o szybkim odzysku, aby zapewnić maksymalną przepustowość testów produkcyjnych. Patrzą na specyfikację przejściowego czasu przywracania, aby określić, która podaż będzie najlepsza dla ich zastosowania. Tak więc dostawca zasilacza musi być w stanie dokładnie zmierzyć czas powrotu do stanu przejściowego zasilania, aby przedstawić najlepszą możliwą specyfikację producentom PA.


Pomiar czasu przywracania stanu przejściowego


Trudną częścią pomiaru czasu powrotu do stanu przejściowego obciążenia jest określenie, kiedy napięcie wchodzi w zakres tolerancji. Średni woltomierz może z łatwością zmierzyć, czy napięcie wyjściowe prądu stałego mieści się w zakresie tolerancji. Jest to jednak powolny przyrząd i nie będzie w stanie próbkować wystarczająco szybko, aby dać sensowny pomiar czasu z odpowiednią rozdzielczością, aby określić, jak szybko napięcie weszło w zakres tolerancji.


Wychodząc poza przeciętny woltomierz, niektóre szybkie woltomierze mogą mierzyć dziesiątki tysięcy odczytów na sekundę z wystarczającą dokładnością, aby wykryć, kiedy napięcie zasilania precyzyjnie wchodzi w zakres tolerancji. Jednym z takich przykładów jest multimetr cyfrowy 34470A firmy Keysight. Gdy czasy przywracania stanu przejściowego się poprawiają, te woltomierze, nawet przechwytujące dane z szybkością 50 ks/s, stają się zbyt wolne, aby uchwycić szybki czas przywracania.  


OD NASZYCH PARTNERÓW
2.7 V do 24 V, 2.7 mΩ, 15 A eFuse z ochroną podczas pracy, monitorowanie prądu ±1.5% i regulacja wina
TPS25982 Od 2.7 V do 24 V, 2.7 mΩ, 15 A Smart eFuse — Zintegrowana ochrona Hot-Swap z 1.5% dokładnym monitorowaniem prądu obciążenia i regulowanym…
WaveRunner 8000HD: Analiza wielotorowa
Wykonuj precyzyjne pomiary, takie jak charakterystyka zawalenia się torów, z całkowitą pewnością dzięki wysokiemu zakresowi dynamiki WaveRunner 8000HD i 0.5%…
Bardziej rozsądnym narzędziem do użycia byłby oscyloskop, ponieważ może on z łatwością wychwytywać i wizualizować bardzo szybkie transjenty. Jednak przeciętny zakres ma zwykle dokładność pionową 1%-3% i rozdzielczość 8-bitową. W związku z tym stara się zapewnić wystarczającą dokładność pionową i rozdzielczość, aby precyzyjnie zlokalizować, kiedy napięcie wyjściowe prądu stałego osiągnie wąski zakres tolerancji. 


Umieszczając lunetę w sprzężeniu prądu przemiennego, próbujesz powiększyć pasmo tolerancji. Jednak zostanie wprowadzony błąd, ponieważ potransjentowy ustalony poziom prądu stałego będzie zniekształcony z powodu sprzężenia prądu przemiennego. Może to utrudnić precyzyjną identyfikację post-transjentowego poziomu prądu stałego w zakresie tolerancji, ponieważ ustalone napięcie prądu stałego jest „sciągane” przez sprzężenie prądu przemiennego.


Inną opcją byłoby pozostawienie oscyloskopu w sprzężeniu DC, ale użycie dużego przesunięcia DC na oscyloskopie w celu powiększenia pasma tolerancji. Działa to dobrze z wyjściami prądu stałego na poziomie od 0 do 10 V, ale gdy napięcie prądu stałego rośnie, przesunięcie prądu stałego musi również rosnąć. Przy dużych przesunięciach DC minimalna wartość woltów/podział musi również wzrosnąć, aby obsłużyć duże przesunięcie DC, co skutkuje mniejszą rozdzielczością pomiaru w paśmie tolerancji.  


W przypadku zasilaczy o szerszym paśmie tolerancji napięcia do wykonania tych pomiarów można użyć oscyloskopów. W rzeczywistości oscyloskopy Keysight oferują wbudowane oprogramowanie do analizy mocy, które wykonuje pomiary odpowiedzi przejściowych za pomocą operacji „pod klucz” (sprawdź www.keysight.com/find/scopes-power). Najwyższej jakości oscyloskopy, o rozdzielczości 10 lub 12 bitów, mają większą elastyczność i bardziej zaawansowane interfejsy, co pozwala im wykonywać te pomiary nawet w wąskich pasmach tolerancji napięcia. Jednak te zakresy nie są tak powszechne na przeciętnym stole laboratoryjnym.


Electronicdesign Com Witryny Electronicdesign Com Pliki przesłane 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Ten zrzut ekranu z Keysight IntegraVision Power Analyzer pokazuje pomiar czasu powrotu do stanu przejściowego napięcia.




W przypadku zasilaczy o wąskich pasmach tolerancji napięcia, wysokowydajny analizator jakości energii może wykonać ten pomiar — pod warunkiem, że ma możliwość pomiaru pojedynczego impulsu. Pomiar jednorazowy jest potrzebny, ponieważ stan nieustalony jest zdarzeniem jednorazowym wyzwalanym przez narastające zbocze impulsu prądowego. Alternatywnie, jeśli możesz wygenerować powtarzające się przebiegi przejściowe prądu obciążenia, takie jak fala prostokątna, w których prąd przeskakuje między wysokimi i niskimi wartościami prądu, możesz użyć analizatora mocy bez pojedynczego pomiaru, aby uchwycić powtarzające się zdarzenie przejściowe.  


Wysokowydajne analizatory mocy charakteryzują się dokładnością pionową lepszą niż 0.1%, 16-bitową rozdzielczością i szybkością digitalizacji 1 Mpróbka/s lub większą. To połączenie szybkiej digitalizacji i dokładnego pomiaru napięcia pozwala na łatwy pomiar przejściowej odpowiedzi obciążenia zasilacza i identyfikację, kiedy zostanie osiągnięty wąski zakres tolerancji. Ponieważ analizator mocy może bezpośrednio mierzyć napięcie i prąd bez sond, można szybko skonfigurować ten pomiar, aby uruchamiał się od narastającego zbocza prądu, a następnie mierzyć czas powrotu napięcia.  


Jednym z analizatorów mocy z tą funkcją jest IntegraVision Power Analyzer (rys. 2), który zapewnia jednorazową cyfryzację 5 mspróbek/s przy 16 bitach jednocześnie przy napięciu i prądzie, z podstawową dokładnością 0.05%, a wszystko to wyświetlane na dużym, kolorowym ekranie dotykowym . Pomiar jest wykonywany na zasilaniu 10 V, które jest pulsowane w zakresie od 2A do 8A. Jego pasmo powrotu do stanu nieustalonego wynosi ±100 mV.


Używając dwóch znaczników Y IntegraVision, możesz zidentyfikować górną (10.1 V) i dolną (9.9 V) część pasma tolerancji napięcia. Następnie za pomocą dwóch znaczników X można określić, kiedy przebieg przejściowy zaczyna się na przebiegu prądu ze znacznikiem X1, a kiedy napięcie wchodzi w pasmo tolerancji ze znacznikiem X2. Różnica czasu między X1 i X2 to czas powrotu do stanu nieustalonego, mierzony jako 90.4 μs.

Zostaw wiadomość 

Lista komunikatów