支持 IC 和电路的电源瞬态缓冲器设计分享

不久前，我在测试具有内置输入过压 (OV) 和欠压 (UV) 保护功能的新 IC 时发现自己正好处于这种情况。 为了证明这些特性的功能，需要非常具体的 V IN波形。如果 V IN 高于 OV 或低于 UV 阈值的时间超过数据表时间，则芯片应关闭并需要重新启动。但是，如果 IC 的输入电压在该时间内恢复并回到允许范围内，则该部件应继续正常工作，并且不会 需要重新启动。虽然我可以很容易地测试OV和UV关闭功能，但我通常的技巧都不能测试自我恢复功能，因为我没有办法以足够快的速度调整输入电压。由于恢复时间在几十微秒左右，并且必须同时给集成电路本身供电，并改变20µF的输入解耦电容，简单地使用一个函数发生器是不可能的。

在多次尝试使用与电源串联的函数发生器构建解决方案失败后，我想出了图 1所示的电路。该电路本身是在替补席上进行了多次修改的产物，以查看最有效的方法。简而言之，所需的电压瞬变在函数发生器上产生，并使用高功率运算放大器进行缓冲，以驱动评估板上的 20µF 电容。

图1 线路瞬态测试仪示意图

该电路的核心是 Burr-Brown/Texas Instruments 的OPA2544T，如果采取适当的预防措施，它能够在 ±35V 电源下工作并输出高达 6A 的电流。虽然这个特定的应用程序不需要太多的功率，但是选择一个超出我当前需求的放大器可以构建一个更通用的测试夹具。完成验证工作后，该电路可用于测试许多不同的稳压器、电池充电器和其他具有宽输入电容范围的电路。

运算放大器输出和 V IN之间的 0.1Ω 电阻器 可以防止在从函数发生器重新创建快速脉冲时出现过度振铃。当负载电容相当大时，该电阻器也是电路在很宽的频率范围内的输出阻抗，就像这里的情况 [1]。R GAIN 可以添加到电路中，以允许超出函数发生器范围的电压瞬变(在我的情况下为 ±10V)。建议将一个最小电阻与 R GAIN的电位器串联， 以防止电位器设置不正确时输出饱和。

图 2 原型电路

图 2显示了电路原型，使用的是用一把爱好刀划过的覆铜箔，以及我在工作台上手头的任何无源器件。在概念验证测试期间，使用了一块替代板，将与实际应用相同的 10µF 输入电容器安装在第二块铜箔上。被测芯片消耗的功率被认为可以忽略不计，因此在此阶段被忽略。注意尽量减少来自功能的电感

发电机，以及瞬态电路和输入电容器之间(注意左侧的切割 BNC 电缆和底部的铜条)。0.1O 电阻由两个 0.2O 功率电阻并联制成，以确保承载大电流没有任何问题。当我在感受这个电路的性能时，我发现在某些转换条件下它可能会变得很热，所以如果它被制成合适的电路板，散热器将是一个受欢迎的补充。作为另一个一般提示，我发现相对于预期的最高或最低电压，运算放大器上至少有 6V 的电源裕量可以获得最佳性能。

图 3 提供直流电压

图 4和图5 显示了瞬态电路在小而快的线路阶跃和大而慢的瞬态下的性能。虽然对于非常快速的瞬变来说不是完美的，但该原型在测试 IC 的自恢复功能方面表现得足够好。两边没有振铃意味着芯片中没有发生错误触发，我能够及时成功地完成所需的验证以赶上我的最后期限，并且非常高兴。对于从函数发生器重建更大、更慢的波形，结果甚至更好，显示出一个稳定的，但稍微过阻尼的系统。

图 4 小而快的边沿瞬态结果

图 5 大而慢的边沿瞬态结果

能够使用函数发生器的许多波形选项提供了以受控和可重复的方式复制最终应用中预期的任何线路瞬变的能力，从简单的电平变化到更复杂的毛刺。只要采取适当的预防措施来保护被测放大器和电路板，这个简单的电路将有助于更完整的验证，并在产品周期的早期发现任何相关的错误。

没有一些专门设备的情况下，测试和测量 IC 或电路在电源瞬态方面的性能是一项棘手的任务。输入电压源不仅需要以受控方式改变，而且还必须能够提供足够的电流来调节输入电容并为被测电路供电。

相对容易地产生正线路瞬变(例如 4V 至 12V)的一种方法是使用一对二极管在两个电源之间切换。虽然简单，但这种方法无法控制输入电压的dV / dt 。负线瞬态更难实现，因为许多台式电源无法从电容器吸收电流以将其电压转换为负值。尝试在电容器上挂一个电流源，以便在负压摆期间从电容器吸收电流，并正确切换电源，而无需破坏它们说起来容易做起来难。但是，如果应用需要脉冲输入电压或同时需要正负线路瞬态，则这些方法都不起作用。