【技術大咖測試筆記係列】之四:使用數字萬用表測量電源瞬態恢複時間
發布時間:2021-08-27 來源:泰克科技技術大咖 Josh Brown 責任編輯:lina
【導讀】簡(jian)單(dan)地(di)說(shuo),瞬(shun)態(tai)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian)是(shi)施(shi)加(jia)負(fu)載(zai)後(hou)電(dian)源(yuan)恢(hui)複(fu)到(dao)設(she)定(ding)電(dian)平(ping)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)間(jian)長(chang)度(du)。不(bu)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)的(de)人(ren)一(yi)般(ban)會(hui)想(xiang)當(dang)然(ran),我(wo)們(men)在(zai)工(gong)作(zuo)中(zhong)不(bu)管(guan)用(yong)的(de)是(shi)哪(na)種(zhong)電(dian)路(lu),可(ke)能(neng)隻(zhi)有(you)在(zai)電(dian)源(yuan)性(xing)能(neng)劣(lie)化(hua)到(dao)影(ying)響(xiang)工(gong)作(zuo)時(shi)才(cai)會(hui)注(zhu)意(yi)到(dao)它(ta)。電(dian)源(yuan)和(he)人(ren)有(you)點(dian)兒(er)像(xiang),如(ru)果(guo)你(ni)問(wen)的(de)問(wen)題(ti)比(bi)他(ta)知(zhi)道(dao)的(de)多(duo),那(na)麼(me)他(ta)可(ke)能(neng)會(hui)達(da)不(bu)到(dao)你(ni)的(de)預(yu)期(qi)。
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我們用一個類比來幫助說明考慮電源壓力的重要性。如果有人投給你一個棒球,告訴你抓住時球要保持在同一高度,前探或後縮幾英寸(或幾厘米),在一秒內完成。棒球(負載)相對較輕,在抓住它時,您的手幾乎不會移動。(當然前提是你要有一個精準的投手。)
現(xian)在(zai)想(xiang)象(xiang)一(yi)下(xia),有(you)人(ren)投(tou)給(gei)你(ni)一(yi)個(ge)保(bao)齡(ling)球(qiu),對(dui)你(ni)的(de)反(fan)應(ying)提(ti)出(chu)同(tong)樣(yang)的(de)限(xian)製(zhi)。你(ni)的(de)手(shou)不(bu)僅(jin)要(yao)移(yi)動(dong),你(ni)的(de)身(shen)體(ti)也(ye)要(yao)移(yi)動(dong)進(jin)行(xing)配(pei)合(he)助(zhu)力(li),因(yin)為(wei)重(zhong)量(liang)變(bian)了(le)。球(qiu)是(shi)否(fou)導(dao)致(zhi)你(ni)保(bao)持(chi)的(de)高(gao)度(du)相(xiang)對(dui)於(yu)目(mu)標(biao)高(gao)度(du)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)?變(bian)化(hua)量(liang)有(you)多(duo)大(da)?你(ni)完(wan)全(quan)抓(zhua)住(zhu)並(bing)握(wo)緊(jin)球(qiu)了(le)嗎(ma)?如(ru)果(guo)不(bu)能(neng)保(bao)持(chi)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)高(gao)度(du)容(rong)限(xian)內(nei),你(ni)能(neng)在(zai)允(yun)許(xu)的(de)1秒間隔內穩定高度嗎?很明顯,這個挑戰要大得多(除非你是一名NFL前鋒)。類似的,如果電源上放置的負載超過其處理能力,那麼它會很難滿足你的要求。
那麼怎樣才知道自己跑得遠不遠呢?這時使用DMM全麵表征瞬態恢複特點就成了關鍵。
在zai深shen入ru具ju體ti細xi節jie前qian,我wo們men先xian討tao論lun一yi下xia開kai關guan頻pin率lv,因yin為wei這zhe有you助zhu於yu確que定ding你ni選xuan擇ze哪na種zhong儀yi器qi來lai評ping估gu有you問wen題ti的de行xing為wei。盡jin管guan線xian性xing電dian源yuan和he開kai關guan式shi電dian源yuan都dou受shou到dao瞬shun態tai恢hui複fu時shi間jian指zhi標biao影ying響xiang,但dan開kai關guan式shi電dian源yuan以yi預yu定ding頻pin率lv工gong作zuo,自zi然ran有you更geng多duo的de噪zao聲sheng,信xin號hao活huo動dong要yao更geng雜za散san。開kai關guan式shi電dian源yuan使shi用yong的de頻pin率lv範fan圍wei一yi般ban為wei10 kHz ~ 1 MHz。由(you)於(yu)示(shi)波(bo)器(qi)的(de)采(cai)樣(yang)率(lv)高(gao),提(ti)供(gong)了(le)優(you)秀(xiu)的(de)可(ke)視(shi)工(gong)具(ju),因(yin)此(ci)示(shi)波(bo)器(qi)特(te)別(bie)適(shi)合(he)評(ping)估(gu)瞬(shun)態(tai)恢(hui)複(fu)時(shi)間(jian),其(qi)中(zhong)使(shi)用(yong)電(dian)平(ping)觸(chu)發(fa)捕(bu)獲(huo)事(shi)件(jian),使(shi)用(yong)屏(ping)幕(mu)光(guang)標(biao)進(jin)行(xing)數(shu)學(xue)和(he)測(ce)量(liang)分(fen)析(xi)。
你可能還會考慮擁有高速采樣功能的數字萬用表,工作台上可能已經有這種儀器。某些DMM型號很多年前就能夠采樣高達50 kHz,較新的型號則能夠支持高達1 MHz。隨著速度而來的是有更多的高速采樣機會,因為其測量靈敏度要高於大多數示波器。
為說明怎樣測量瞬態恢複時間,我們使用德儀公司生產的LM25088MH-1EVL評測電路板,其能夠從高達36V的輸入電源提供5V電壓及高達7A電流。在略加改動後,我們把它重新配置成以25 kHz頻率開關。我們使用Keithley 2230A-30-3三通道DC電源其中兩條通道,提供10V輸入信號(最高6A 電流)為評測電路板供電。我們還使用Keithley 2380-500-15電子負載吸收一定量的電流。在這種情況下,我們想把LM25088MH推到其7A極限,看它如何反應。我們使用DMM6500,先評估電子負載吸收大電流時的電壓響應,然後再查看電流響應。
為評估瞬態恢複電壓,我們把儀器連接如下:

在把2230A電源設置成在兩條輸出通道上輸出10V @ 3A (以確保為電源轉換提供足夠的電流)後,我們把2380電子負載設置成吸收7A的恒定電流。我們打開2230A的輸出,同時關閉2380。我們把DMM6500配置成數字化電壓,把采樣率設置成1 MS/s,數量為10k讀數,然後輕觸Set Up Trigger按鈕,出現波形捕獲選項,從Source Event選項中選擇Analog Edge。

由於我們預計在應用負載時電壓會有一定下降,所以我們把電平設置成4.925 V,斜率設置成下降沿。選擇之後,我們可以使用Position選項在圖表上調節波形的水平表示。為啟動DMM6500開始監測事件,我們輕觸屏幕左上角的CONT信號器,這時會出現一個下拉菜單,其中有多個觸發選麵,選擇Initiate Trigger Model。

最後,我們打開2380電子負載,應用有效步進功能,吸收7A電流。DMM6500將捕獲采樣的波形,顯示在Graph圖表一欄中。這會顯示對LM25088MH開關式電源的輸出應用負載時的瞬態響應。輕觸DMM6500屏幕,放大感興趣的區域,可以進一步進行評估,打開光標,得到信號電平(y軸信息)隨時間(x軸信息)變化指標。我們可以看到,開關式電源在大約1.5毫秒後穩定。更有意思的是應用負載後產生大的暫降,驅動輸出電壓最低達到3.466 V。

與應用負載時的瞬態恢複同樣重要的,是在移除相同的負載時會發生什麼情況。為捕獲這種情況,我們輕觸DMM6500上的Trigger標簽,把電平變成5.1 V,斜率變成Rising上升沿。可以像之前一樣(使用下拉菜單選項),或按儀器前麵板DMM顯示屏左麵的TRIGGER鍵,觸發DMM。然後關閉2380電子負載,可以在DMM6500圖表上看到開關式電源的恢複波形。

我們不用在顯示屏上同時啟用水平光標和垂直光標,而是隻使用垂直光標,滑動屏幕底部的信息條,出現VCursor Stats。這會提供兩個豎條之間數據點的基本統計信息。因此,我們不需啟用和調節水平光標,就可以確定移除負載時開關式電源的峰值是6.953 V。我們可以把右手光標設置到輸出變平坦前小的暫降發生的地方,發現恢複響應時間大約是125毫秒。我們也可以放大峰值點區域,更好地查看電壓信號的行為方式。

現在我們把注意力轉向電流信號,使用同一條電路,但DMM6500與2380電子負載串聯。注意記錄,因為我們處理的是很大的電流(7 A),我們需要使用DMM背麵提供的10 A電流輸入連接.

觸發選項設置與之前類似,但現在我們在預計的7 A信號的中點觸發,斜率仍設置成Rising上升沿。

我們再次觸發DMM6500(通過下拉菜單),然後打開2380電子負載 – DMM對波形事件的響應沒問題。在移除負載時重複這個過程,我們也使用屏幕光標迅速分析數據,顯示電流暫降到-2.5 A。

jinguanwomendezhuyiliyizhifangzaigaogonglvboxingbuhuoshang,danwomenrengyaozhuyishuziwanyongbiaotigongdedianliulingminduyoushi。dangqianshejidexuduoqijiandoubixujinkenengjieneng,yiyanchangdianchixuhangshijian。LM25088MH評測電路板的這條開關電路可以集成到低功率無線設計中,在跳變到不同狀態(睡眠、待機、傳感、處理等)時(shi),必(bi)須(xu)評(ping)估(gu)各(ge)個(ge)元(yuan)件(jian)吸(xi)收(shou)的(de)弱(ruo)電(dian)流(liu)。捕(bu)獲(huo)低(di)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)事(shi)件(jian)的(de)過(guo)程(cheng)與(yu)上(shang)麵(mian)列(lie)出(chu)的(de)過(guo)程(cheng)相(xiang)同(tong),但(dan)更(geng)低(di)的(de)範(fan)圍(wei)使(shi)得(de)用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)監(jian)測(ce)弱(ruo)電(dian)流(liu)。例(li)如(ru),如(ru)果(guo)我(wo)們(men)把(ba)負(fu)載(zai)設(she)置(zhi)成(cheng)5 mA,使用DMM6500上的10 mA量程,那麼我們可以查看微安級讀數。

希望這篇筆記能夠讓你了解瞬態恢複測量,並感受吉時利的部分產品。吉時利擁有500多種產品,可以用來提供、測量、連接、控製或傳送直流(DC)或脈衝式電信號。
關於泰克科技
泰克公司總部位於美國俄勒岡州畢佛頓市,致力提供創新、精確、操作簡便的測試、測量和監測解決方案,解決各種問題,釋放洞察力,推動創新能力。70多年來,泰克一直走在數字時代前沿。
(來源:泰克科技,作者:泰克科技技術大咖 Josh Brown)
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