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瞬态响应是什么?

发布日期:2023-01-04 14:32:04         浏览数:   

  瞬态响应现象

  您注意过在启动空调以后屋里的灯光瞬间变暗的情况吗?这是因为空调吸收了大量电流,致使供电电压下降,进而导致了灯光变暗。一小段时间之后,电压还会恢复正常。直流电源上的输出阻抗,也会造成类似的电压瞬变。对电流的需求突然增加时,电源的输出电压就会瞬间下降。同理,电流的下降会导致电源电压突然升高。

  什么叫瞬态响应?

  瞬态响应是当负载吸收电流发生跳变的瞬间,就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。

  首先来看一下这个波形(图1),大约120 mV的电压跌落,持续时间约为30 uS。这是一个高性能的程控电源的输出,当负载电流猛然增大时,输出电压瞬间的变化情况。

瞬态响应是什么 ? (图1)

  图1:负载电流从1 mA跳变到500 mA时,输出电压的变化

  这是任何电源都存在的问题。当负载吸收电流发生跳变的瞬间,就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。这个示波器屏幕的截图(图1),就是当我的一个电源的负载电流,从1mA瞬间变化到500 mA时,输出电压经历了约30 uS瞬间变化。

  电源的这个特性,就是我们通常所称的负载瞬态恢复时间,或者瞬态响应时间。它表征的是,当负载电流发生突然变化的时候,电源电压恢复到设定范围内所需要的时间。如图2所示:

瞬态响应是什么 ? (图2)

  图2:负载电流突然变化,造成电源电压出现瞬态响应

  瞬态响应是电源在负载的巨大变化中恢复正常的速度

  例如,对于电源E36312A来说,当电流从50%变到100%时,其恢复到15 mV的瞬态响应时间是50 us。通道1的最大电流是5 A,50%就是2.5 A。

瞬态响应是什么 ? (图3)

  图3:上方显示的是电流从50%升至100%、然后又返回50%所发生的电流曲线变化。

瞬态响应是什么 ? (图4)

  图4:图中的输出电压显示了较小的电压瞬态变化。

瞬态响应是什么 ? (图5)

  图5a:在E36312A的通道1上进行瞬态测量。在电流从满负载减至一半以后,电压在30 us内恢复至15

瞬态响应是什么 ? (图6)

  图5b:峰值电压通常与负载特性密切相关,因此不会被表征。切记,要用较短的电线并且双绞,以便实现更快的瞬态响应。

  在表征电源的瞬态响应,我们通常会考虑3点:

  负载的幅度变化,例如,负载从全负载的50%,跳变到100%负载。对于最大10 A输出电流的电源,就是负载的电流从5 A跳变到了10 A。

  电源从开始变化开始,恢复到负载改变前设定电压的一定范围之内。需要注意的是,由于负载的改变和电源的负载效应双重影响,电源电压不可能回到负载改变前的值。这样,我们就会规范一个范围,例如恢复到负载改变前电压的±20 mV之内,或±0.1%之内。

  瞬态响应时间就是电压恢复指定电源范围内需要的时间值。

  不同的电源就有不同的瞬态响应时间

  例如,是德科技N6705直流电源分析仪中所用的高性能模块N6751A高性能自动量程直流电源模块和精密直流电源模块N6761A,在指标中标为:

  当负载从60%跳变到100%,或者从100%跳变到60%时,

  电压恢复到设定值的±75 mV

  瞬态响应时间:<100μs

  瞬态电压特性是电源本身固有的特性。电源内部有很多的储能元件,电压的调整需要从输出回读、比较标准电压、调整开关占空比等一系列过程。提高控制回路的速度,可以提供更短的瞬态响应时间。但有可能造成输出非常不稳定,甚至出现振荡,就像我在图2中所示的。因此,具备快速瞬态响应能力的电源,通常为了保证输出质量,就必须采用一些更为先进的技术,从而提升了成本和价格。

  如果电压瞬态响应能力较差,导致电压跌落/过冲时间过长,幅度过大,直接会造成很多问题。特别是对于不停快速变化的负载,如手机、Wifi、无线传感器等这些无线通信的设备和器件,其变化速度可能已经超过电源的瞬态响应能力,就会使电源电压无法达到其设定值,甚至还会造成被测件的自动关机或重复启动。这会让测量无法正常进行。因此,如果有这种应用,就必须考虑采用一个更快响应能力的电源。

  瞬态电压过冲或跌落幅度通常不被表怔,这是由于该参数很大程度上取决与负载的特性。通常情况下,这个值会小于1 V。但市面上有些电源的瞬态响应时间过长,如果处理不好,在负载、电源及导线共同影响下,过冲电压可能会达到1-4 V。

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