瞬態(tài)響應(yīng)是什么?
瞬態(tài)響應(yīng)現(xiàn)象
您注意過在啟動(dòng)空調(diào)以后屋里的燈光瞬間變暗的情況嗎?這是因?yàn)榭照{(diào)吸收了大量電流,致使供電電壓下降,進(jìn)而導(dǎo)致了燈光變暗。一小段時(shí)間之后,電壓還會(huì)恢復(fù)正常。直流電源上的輸出阻抗,也會(huì)造成類似的電壓瞬變。對電流的需求突然增加時(shí),電源的輸出電壓就會(huì)瞬間下降。同理,電流的下降會(huì)導(dǎo)致電源電壓突然升高。
什么叫瞬態(tài)響應(yīng)?
瞬態(tài)響應(yīng)是當(dāng)負(fù)載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間,就會(huì)造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設(shè)定值。
首先來看一下這個(gè)波形(圖1),大約120 mV的電壓跌落,持續(xù)時(shí)間約為30 uS。這是一個(gè)高性能的程控電源的輸出,當(dāng)負(fù)載電流猛然增大時(shí),輸出電壓瞬間的變化情況。
圖1:負(fù)載電流從1 mA跳變到500 mA時(shí),輸出電壓的變化
這是任何電源都存在的問題。當(dāng)負(fù)載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間,就會(huì)造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設(shè)定值。這個(gè)示波器屏幕的截圖(圖1),就是當(dāng)我的一個(gè)電源的負(fù)載電流,從1mA瞬間變化到500 mA時(shí),輸出電壓經(jīng)歷了約30 uS瞬間變化。
電源的這個(gè)特性,就是我們通常所稱的負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間,或者瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。它表征的是,當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生突然變化的時(shí)候,電源電壓恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)所需要的時(shí)間。如圖2所示:
圖2:負(fù)載電流突然變化,造成電源電壓出現(xiàn)瞬態(tài)響應(yīng)
瞬態(tài)響應(yīng)是電源在負(fù)載的巨大變化中恢復(fù)正常的速度
例如,對于電源E36312A來說,當(dāng)電流從50%變到100%時(shí),其恢復(fù)到15 mV的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間是50 us。通道1的最大電流是5 A,50%就是2.5 A。
圖3:上方顯示的是電流從50%升至100%、然后又返回50%所發(fā)生的電流曲線變化。
圖4:圖中的輸出電壓顯示了較小的電壓瞬態(tài)變化。
圖5a:在E36312A的通道1上進(jìn)行瞬態(tài)測量。在電流從滿負(fù)載減至一半以后,電壓在30 us內(nèi)恢復(fù)至15
圖5b:峰值電壓通常與負(fù)載特性密切相關(guān),因此不會(huì)被表征。切記,要用較短的電線并且雙絞,以便實(shí)現(xiàn)更快的瞬態(tài)響應(yīng)。
在表征電源的瞬態(tài)響應(yīng),我們通常會(huì)考慮3點(diǎn):
負(fù)載的幅度變化,例如,負(fù)載從全負(fù)載的50%,跳變到100%負(fù)載。對于最大10 A輸出電流的電源,就是負(fù)載的電流從5 A跳變到了10 A。
電源從開始變化開始,恢復(fù)到負(fù)載改變前設(shè)定電壓的一定范圍之內(nèi)。需要注意的是,由于負(fù)載的改變和電源的負(fù)載效應(yīng)雙重影響,電源電壓不可能回到負(fù)載改變前的值。這樣,我們就會(huì)規(guī)范一個(gè)范圍,例如恢復(fù)到負(fù)載改變前電壓的±20 mV之內(nèi),或±0.1%之內(nèi)。
瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間就是電壓恢復(fù)指定電源范圍內(nèi)需要的時(shí)間值。
不同的電源就有不同的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間
例如,是德科技N6705直流電源分析儀中所用的高性能模塊N6751A高性能自動(dòng)量程直流電源模塊和精密直流電源模塊N6761A,在指標(biāo)中標(biāo)為:
當(dāng)負(fù)載從60%跳變到100%,或者從100%跳變到60%時(shí),
電壓恢復(fù)到設(shè)定值的±75 mV
瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間:<100μs
瞬態(tài)電壓特性是電源本身固有的特性。電源內(nèi)部有很多的儲(chǔ)能元件,電壓的調(diào)整需要從輸出回讀、比較標(biāo)準(zhǔn)電壓、調(diào)整開關(guān)占空比等一系列過程。提高控制回路的速度,可以提供更短的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間。但有可能造成輸出非常不穩(wěn)定,甚至出現(xiàn)振蕩,就像我在圖2中所示的。因此,具備快速瞬態(tài)響應(yīng)能力的電源,通常為了保證輸出質(zhì)量,就必須采用一些更為先進(jìn)的技術(shù),從而提升了成本和價(jià)格。
如果電壓瞬態(tài)響應(yīng)能力較差,導(dǎo)致電壓跌落/過沖時(shí)間過長,幅度過大,直接會(huì)造成很多問題。特別是對于不??焖僮兓呢?fù)載,如手機(jī)、Wifi、無線傳感器等這些無線通信的設(shè)備和器件,其變化速度可能已經(jīng)超過電源的瞬態(tài)響應(yīng)能力,就會(huì)使電源電壓無法達(dá)到其設(shè)定值,甚至還會(huì)造成被測件的自動(dòng)關(guān)機(jī)或重復(fù)啟動(dòng)。這會(huì)讓測量無法正常進(jìn)行。因此,如果有這種應(yīng)用,就必須考慮采用一個(gè)更快響應(yīng)能力的電源。
瞬態(tài)電壓過沖或跌落幅度通常不被表怔,這是由于該參數(shù)很大程度上取決與負(fù)載的特性。通常情況下,這個(gè)值會(huì)小于1 V。但市面上有些電源的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間過長,如果處理不好,在負(fù)載、電源及導(dǎo)線共同影響下,過沖電壓可能會(huì)達(dá)到1-4 V。
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