如何測量開關穩壓器的瞬態響應？

為了了解開關穩壓器的穩定性，我們經常需要測量其負載瞬態響應。 因此，學習如何測量瞬態響應對於電子領域的工程師來說至關重要。 

在本次分享中，我們將解釋負載瞬態響應的定義、測量的要點、如何使用 FRA 測量瞬態響應，以及測量和調整開關穩壓器的負載瞬態響應的實際示例。 如果你不清楚如何測量瞬態響應，你可以通過這個分享來掌握方法。 讓我們繼續閱讀！

分享是關懷！

內容

● 什麼是負載瞬態響應？

● 評估瞬態響應的 5 個關鍵點

● 如何評估瞬態響應？

● 調整瞬態響應的示例

● 常見問題

● 結論

什麼是負載瞬態響應？

負載瞬態響應是對負載突然波動的響應特性，即輸出電壓在下降或上升後恢復到預設值的時間，以及輸出電壓的波形。 它是一個重要參數，因為它關係到輸出電壓相對於負載電流的穩定性。

與負載調節相比，顧名思義，它是一種瞬態特性。 使用以下圖表解釋實際現象。

關於圖表有幾點需要注意：

● 在左圖的波形中，負載電流（下部波形）從零快速上升，上升時間（tr）為1 µsec。 

● 另一方面，輸出電壓（上部波形）瞬間下降，然後迅速上升，稍微超過穩態電壓，然後再次下降到穩定狀態。 

● 當負載電流突然下降時，我們會看到相反的反應發生。

用一種不太正式的方式來解釋事情：

● 當負載增加時，突然需要更大的電流，而輸出電流供給不夠快，電壓下降。 

● 在此操作中，為了使下降的電壓恢復到其預設值，提供了多個週期的最大輸出電流，但提供的有點過多，電壓升高了一點，因此降低了提供的電流從而達到預設值。 

這應該理解為描述 正常瞬態響應. 當有其他因素和異常時，除此之外還包括其他現象。

在理想的負載瞬態響應中，對負載電流在幾個開關週期（短時間）內的波動作出響應，輸出電壓降（上升）保持在最低水平，並以最少量的時間。 

即，像圖中的尖峰那樣的瞬態電壓的出現在極短的時間內發生。 中圖是負載電流上升/下降時間為 10 µsec，右圖是 100 µsec。 在這些示例中，負載電流的更平緩波動會導致響應跟踪得到改善，輸出電壓波動很小。 然而，實際上很難調整電路中負載電流的瞬態行為。

我們已經描述了電源的瞬態響應特性，但可以認為它們與運算放大器的頻率特性（相位裕度和交叉頻率）基本相同。 如果電源控制迴路的頻率特性合適且穩定，則可以將輸出電壓的瞬態波動保持在最低限度。

瞬態響應特性

評估瞬態響應的 5 個關鍵點

下面總結了評估電源瞬態響應時要記住的要點。

● 檢查輸出對負載電流突然波動的調節和響應速度，例如從待機狀態轉換到喚醒時。

● 當必須調整頻響特性時，使用ITH 引腳進行調整。

● 相位裕度和交叉頻率可以從觀察到的波形中推斷出來，但是 使用頻率響應分析儀 (FRA) 很方便。

● 判斷響應是正常工作，還是由於電感飽和、限流功能等引起的異常。

● 當無法獲得所需的響應特性時，應研究單獨的控制方法或頻率，設置外部常數等。

如何評估瞬態響應？

說明具體的評價方法。 

● 進行實驗時，將可瞬間切換負載電流的電路或器件連接到電源電路的輸出端進行評估，並 可以使用有用的示波器進行評估 觀察輸出電壓和輸出電流。 

● 如果要確認實際設備的響應，例如創建CPU 等從待機狀態轉變為完全運行狀態的狀態，並類似地觀察輸出。

上面描述了執行評估的要點； 相位裕度和交叉頻率總是可以從觀察到的波形中推斷出來，但這相當麻煩。 

最近，一種稱為頻率響應分析儀 (FRA) 的測量設備得到了廣泛應用，可用於測量極其簡單的電源電路的相位裕度和頻率特性。 使用FRA可以非常有效。

在實際實踐中，當沒有合適的負載裝置可以在實驗中使用能夠瞬時大電流通斷切換時，可以使用一個簡單的電路，例如右側的 MOSFET 開關電路。 當然 tr 和 tf 必須確定。

調整瞬態示例

一些開關穩壓器 IC 有一個用於調整響應特性的引腳； 在許多情況下，它被稱為 ITH。 在 IC 數據表中所示的應用電路中，給出了在這些條件下連接到 ITH 引腳的電容器和電阻器的或多或少合理的元件值和配置。 實質上，以此為出發點，進行調整以滿足實際製作的電路的要求。 最好從保持電容器固定並改變電阻值開始。

下面是示波器波形和使用FRA獲得的頻率特性分析圖，顯示了在這些示例中使用的BD9A300MUV的負載瞬態響應特性的變化方式，當ITH引腳的電容器的電容固定且電阻值為調整。

① R3=9.1 kΩ、C6＝2700 pF（使用推薦值基本上可以獲得合適的響應和頻率特性）

② R3=3kΩ、C6＝2700pF

※ 降低R3的電阻值時，頻帶變窄，負載響應變差。 操作本身沒有問題，但相位裕度太大。

③ R3=27kΩ、C6＝2700pF

※通過提高R3電阻，頻帶變寬，負載響應提高，但電壓波動時會出現振鈴（放大波形部分）。

相位裕度小，根據散射，可能會出現異常振盪。

④ R3=43kΩ、C6＝2700pF

※ R3的阻值進一步升高時，會出現異常振盪。

以上是使用 ITH 引腳調整響應特性的示例。 在本質上， 輸出電壓中發生的電壓瞬變 不能完全消除，因此進行調整以使響應不會對被供應電流的電路的操作造成問題。

常見問題解答

一、問：開關穩壓器有什麼優勢？ 

答：開關穩壓器是高效的，因為串聯元件要么完全開啟，要么完全關閉，因此它們幾乎不會消耗功率。 與線性穩壓器不同，開關穩壓器可以產生高於輸入電壓或極性相反的輸出電壓。

2. 問：開關穩壓器有哪三種類型？ 

A：開關穩壓器分為升壓、降壓和逆變穩壓三種。

3. 問：開關穩壓器用在什麼地方？ 

A：開關穩壓器用於 過壓保護、便攜式電話、視頻遊戲平台、機器人、數碼相機和計算機。 開關穩壓器是複雜的電路，所以不太受業餘愛好者歡迎。

4. 問：如何選擇開關穩壓器？

A：選擇開關穩壓器時要考慮的因素：

● 輸入電壓範圍。 這是指IC支持的輸入電壓的允許範圍。

● 輸出電壓範圍。 開關穩壓器通常具有可變輸出

● 輸出電流

● 工作溫度範圍

● 噪音

● 效率

● 負載調節

● 包裝和尺寸。

結論

在這個分享中，我們知道負載瞬態響應的定義，如何測量它，並學習實際的例子。 該技能可以有效幫助您檢測開關穩壓器等負載的穩定性問題，避免電路安全隱患。 現在嘗試測量瞬態響應！ 您想了解更多有關瞬態響應測量的信息嗎？ 在下方留下您的評論，告訴我們您的想法！ 如果你覺得這個分享對你有幫助，別忘了分享這個頁面！

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