瞬态负载为电力系统提供低频正弦波

1，什么是负载瞬态?

负载电流的变化发生在较短的时间内，负载电流的这种突然变化称之为负载瞬态。

2，什么是负载瞬态响应?

电压调节器在负载瞬态期间保持其输出电压恒定的能力为负载瞬态响应。只要负载电流变化缓慢，很容易保持输出电压恒定。但 是当负载电流“阶跃”变化足够快时，输出电压也会变化。当负载电流产生变化时用输出电压改变的程度来定义负载瞬 态性能

理解负载瞬态的关键原理如下：

1) 将电压调节器用作压控电流源，驱动到负载的电流 (从输出反馈的电压调节电流源)。调节器的电流源 在零时间内不会被改变，所以可推断出，如果我们使 负载电流足够快地变化，它将迫使输出电压也产生改 变。其变化的程度取决于调节器的速度，输出电容的 数量和类型，以及负载电流变化的di/dt速率。

2) 在调节器控制环路对负载变化进行调节的时间内，唯 一提供前一个稳态负载电流值和新值之间差别的是 输出电容。所以，控制负载瞬态期间输出电压的关键 在于输出电容，这些电容的电气特性会明显影响瞬态 响应。

3) 调节器控制环路的响应越快，在环路校正至新负载电 流值之前输出电容电压的变化就越少。因此可知，较 快的调节器可采用较小的输出电容(可以节省成本) 来保持相同的VOUT容差范围

使用本设计实例中描述的快速动态负载来测试电力系统的瞬态响应可以揭示许多关键的运行特性。快速电流阶跃导致的电压偏差可以提供对稳压器相位裕度的深入了解。此外，对于距离负载点有一定距离的电源，瞬态测试可以帮助确定有效的串联互连电感、并联电容和 ESR。虽然商业电源的相位裕度通常由供应商验证，但添加远程感应通常会破坏电源的稳定性。互连电感和负载电容会在调节器控制回路反馈中引入额外的相移，从而影响稳定性。

许多工程师已经看到了稳压器输出上的低频正弦波。

对组装系统执行瞬态测试可以快速检查系统的动态调节稳定性和准确性。大多数商用动态电子负载的电流转换速率都相当慢，这往往会限制它们在测试更快的调节器控制回路中的用处，这些调节器控制回路通常可以在大负载瞬态后的 50µs 或更短的时间内达到稳定状态。许多大功率系统需要 10A/µs 或更高的电流转换速率。

图 1是对应用说明的改编，有一些显着的改进。最大功率已增加到 150W，专为 3.3V、5V 和 12V 稳压器输出而设计。R1-R3 形成由单个 N 沟道低侧 MOSFET 切换的电阻负载。负载电阻器的尺寸和填充可以实现大量可能的负载组合。

在电路的核心，带有施密特触发器输入的MOSFET 驱动器 U1用于驱动 MOSFET，并与 Q2、R8、R9 和 C3 形成张弛振荡器。对于所示的组件值，占空比约为 5%，周期时间为 20ms。具有相对低的占空比允许适度的冷却解决方案。

R6 和 R7 结合 MOSFET 的输入电容 C ISS独立调整上升和下降时间。根据所示值，上升和下降时间约为 1µs。在此压摆率下，峰值 MOSFET 栅极电流约为 +110/-75mA，远低于 U1 的最大额定电流 1.4A。可以添加 C2 以进一步减慢边缘速率。由于 1µs 的上升/下降时间和相对较大的栅极电阻器增加了耗散阻尼，MOSFET 栅极开关谐振不会很显着。当 MOSFET 关闭时，R4 和 C1 有助于抑制线路谐振。R4 的值由有效线路电感和输入电容确定。事实证明，0.5O 的值对于典型的布线场景是有效的。

此实现的更方便的功能之一是与 DUT 的两线连接。对于 3.3V 和 5V 系统，包括一个 12V 升压转换器来为 MOSFET 驱动器和栅极供电。不需要其他连接或电源。升压转换器的输出可以通过 3.3V 输入提供大约 350mA 的电流，这可能会限制可提供给 MOSFET 栅极充电的电流量。低 ESR 铝电容器 C5 提供一些初始栅极充电电流，以实现更快的电流边沿速率。对于 12V 操作，可以通过将 C7 替换为 0O 电阻来组装直接连接版本，禁用升压转换器。L1 和 D2 上会有一些电压降，但这不会影响电路的正常运行。

整个电路可以舒适地安装在 3" × 5" 两层 PCB 上，包括散热器和小型 12V 风扇。只需连接两根线，操作非常简单。

测试仪的引线必须短且电感低，以防止引线电抗产生振铃。应在负载点或远程感应位置附近进行 DUT 连接。测试仪的公共端和电压探头返回引线应连接在一个位置。还应选择此位置以具有返回电源的低阻抗路径。

按下瞬时按钮 PB1 启动非稳态电路，动态负载开始切换。如果需要，可以从外部提供静态 PSU 负载。R5 和 J2 为测量脉冲电流提供了一种方便的高带宽手段。一个直的 50Ω 同轴电缆可以直接连接到示波器输入端，用于监测 1mV/A 的电流。电压测量也应在负载点或远程感应点附近进行，并应交流耦合到第二个示波器输入。电压探测必须小心。来自远处接地/返回引线的探头电感会导致误导性测量。可以在探头尖端添加一个小型串联电阻(几欧姆)，还以抑制来自探头 ESL 的高频振铃。