那些我们所忽视的电源测试问题

一提到电源测试，我们首先想到的是纹波测试、过载测试、动态斜率。对于直流电源，用于评价直流纯净度的最好的测试方法就是纹波测试。对于过压、过流、过温，我们会进行过载测试。动态斜率是做电源响应速度测试时的参数。
问题之一：纹波测试
电压的波动一般分为两种：纹波和噪声，一般来说把低于500KHz频率的波动称为纹波，高于20MHz频率的一般不测试(属于干扰范畴)。 1、示波器带宽限制到20M，这个是必须的。耦合方式：交流耦合 2、示波器必须是浮地测试，也就是说示波器的供电三角插头的地线必须去掉，不与插板的地线相接。这个要特别小心，特别是电源电压较高的时候。 3、 探头使用X1的档位，您可以检查您测试时候的探头设置。哪怕电源输出电压较高。 4、探头使用近地端，而不是标配的带夹子的那根。一般从探头的近地端引出一个不超过2CM的线进行测试。 5、必要的时候在探头的两端并联电阻和电容，用于滤除高频信号。
怎么解决纹波过大? 6、调整LC滤波电路，增加开关频率。缺点：L不可能很大，C达到一定程度会滤波改善效果变差，开关频率高会增加开关损耗，降低转换效率。 7、增加二级滤波LC。优点，可以根据频率针对性的选择，滤波效果好。缺点：电压反馈点的选择，要靠后。并且引入一个新的LC电路会影响电源的系统稳定性。 8、增加LDO滤波，效果好，成本高，转换效率降低。 9、最简单有效的方法：二极管并联电容，或者并联阻容，或者串联电感。
问题之二：过载测试
电源作为电子产品或者电池的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要。如过压、过流、过温保护等，本次以恒压源的过流保护为例进行介绍。
图1：过流保护中的关系图

首先，过流保护，不仅要测试过流保护点，还要测试过流保护时间和保护稳定性。 过流保护点测试，也就是OCP(over current protection)测试。根据保护方式有3种，电流收敛甚至切断，恒流，电流增大。如果比较繁杂的大功率电源系统会分多个阶段，就不在这里讨论了。对于保护方式1，OCP点一般为额定值的110%到130%。
图2：过流测试的数据

以前，是手工去调整电流的大小，人工观察现象。但是手和眼睛的反应速度等因素导致要进行多次测量才能确定。费思负载机器本身自带OCP功能。 费思负载的OCP功能有两种方式:步进式(FT6300/FT6800)和分步式(FT66100)。 步进式(FT6300/FT6800)可以设置起始电流，步进电流，步进时间，触发电压(电压降幅)。负载会根据设定自动扫描，自动停止，记录测试结果的最大电流点，整个测试的最大功率点。
分步式(FT6800)，可以设置起始电流，终止电流，步骤数，触发电压。并且还可以设定判断上下限，方便生产调试，负载会自动扫描测试。当然，也可以配合负载软件进行测试。负载软件不仅支持OCP，还支持OVP/OPP测试，并且可以进行U/I曲线扫描。 过流保护时间测试：使用费思负载动态模式的脉冲模式，来对电源或者电池的保护时间进行测试。时间分辨率1uS。如果不想用脉冲模式，也可以使用连续模式来进行测试，但是没有脉冲模式好用。

图3：动态模式

保护稳定性测试，当然是配合软件使用软件的动态模式，或者序列模式进行测试。动态模式如上图，序列模式如下图。

图4：序列模式

生产线测试过流保护：生产线测试过流保护就不用这么麻烦了。使用费思负载的自动测试功能，把过流保护分成两步测试，下限值，电源不保护，上限值，电源必须保护。这个逻辑判断即可。
问题之三：动态斜率
斜率本身定义为曲线的切线。也就是说，是指负载两个状态切换时变化的最大速度。但是在波形测量中，测试某个点的斜率是不容易实现的，所以，示波器等波形测量仪器、信号发生器等信号发生装置把斜率的测量定义为10%到90%的变化值除以变化时间。稍高端示波器会自动帮您进行卡位和测量。 如图所示：
图5：示波器的斜率测量

斜率的误差：示波器的带宽的定义，比如100M，就是示波器会对于高于100M的信号的幅值有超过3dB的衰减。探头等的带宽定义也是如此。所以一般测量，对于幅值，斜率的测量，3dB的误差实在允许范围内的。对频率，时间的精度要求较高。如果对波形的控制没有精确度标注的情况下，一般默认为±3dB，也就是±30%左右。
斜率的控制：电子负载的工作原理，是由DAC的电压信号来线性控制MOS的导通性能(这个工作方式与开关电源的开关型控制不同，负载使用的是线性MOS)。一般负载包括台湾的两个厂家，为了节省成本，会设计成几个固定的电阻电容回路来模拟控制斜率。这样会导致负载只能够实现几个固定的斜率，一般为4个。虽然可以设定，但是在很大的设定范围段内，无论怎么设定，斜率就是那个斜率，没有大的变化。有兴趣的朋友，可以试验一下。
费思负载的斜率控制是由专门的斜率控制DAC进行控制的，所以保证了负载斜率是真正可以控制的。既保证了正常带载的精确度，又保证了斜率的连续可调。使负载更接近于实际带载波形，模拟实际状态测试电源的参数。
另外，费思的FT6300A和FT6800系列的电子负载的动态分为3种方式：连续，脉冲和翻转。连续就是普通的动态，脉冲和翻转是可以外控式的测试。特别是脉冲，费思负载的脉冲时间分辨率为1uS，可以帮助精准测试保护时间，比如电池保护板的双极和多级的不同的保护时间。