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瞭解與量測電源供應器暫態回復時間

2016年04月13日  | Bob Zollo/Keysight Technologies

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電源供應器暫態回復時間為直流電源供應器的一種規格,用來描述電源供應器從輸出端上面的暫態負載狀態回復電壓的速度。


理想的電源供應器在定電壓模式下運作時,無論負載汲取的電流有多大,其輸出電壓皆會維持在設定值。然而實際的電源供應器在負載電流快速上升時,並無法將輸出電壓維持在設定值。電源供應器在電流快速升高時的響應是電壓會先下降,直到其調節反饋迴路將電壓拉回設定值。電壓回復到設定值所花費的時間就稱為負載暫態回復時間,如圖1所示。


圖1 負載暫態回復時間的一般定義。負載暫態回復時間就是,在負載電流出現「Z」安培的步階變化之後,輸出電壓回復並維持在標稱輸出電壓的「Y」mV之內所需的時間「X」,其中「Y」指的是回復區間或趨穩區間,而「Z」則是規定的負載電流變化,通常等於電源供應器的額定滿載電流。
圖1 負載暫態回復時間的一般定義。負載暫態回復時間就是,在負載電流出現「Z」安培的步階變化之後,輸出電壓回復並維持在標稱輸出電壓的「Y」mV之內所需的時間「X」,其中「Y」指的是回復區間或趨穩區間,而「Z」則是規定的負載電流變化,通常等於電源供應器的額定滿載電流。

請注意,如果負載電流暫態並非快速暫態,而是緩慢上升或下降時,電源供應器的調節反饋迴路就會有足夠的時間反應,可以調節並維持輸出電壓,因此不會出現任何暫態響應。當電流暫態訊號緣的速度加快,超出電源供應器反饋迴路維持定電壓的能力時,就會造成負載暫態事件。


電源供應器暫態回復時間的量測,是從開始出現負載電流暫態的時間點起算,到電源供應器穩定下來並且再度回到設定值的時間點為止。不過當您定義「回到設定值」的時候,必須明確定義為在一個容許區間之內。


所以電源供應器負載暫態回復時間定義為:回到容許區間所需的時間,容許區間可以是設定值的某個百分比、額定輸出的某個百分比或是一個固定的電壓容許區間。圖2列出一些電源供應器暫態規格的範例。當檢視Keysight N7952A電源供應器時,可以看到暫態回復時間的容許區間定義為100mV。假如輸出電壓為25V,當量測暫態回復時間時,就必須量測電源供應器回復到25V的±100mV之內所花的時間。


圖2 電源供應器暫態回復時間的規格範例。上列所有機型的電壓和功率都在40V和1,000W附近,以確保有相同的比較基準。
圖2 電源供應器暫態回復時間的規格範例。上列所有機型的電壓和功率都在40V和1,000W附近,以確保有相同的比較基準。

功率放大器:暫態回復時間很重要的一種應用範例

現在讓我們看看直流電源供應器暫態響應很重要的一種應用範例。在測試行動裝置(例如手機或平板電腦)中的功率放大器(PA)時,讓待測裝置(DUT)的直流偏壓維持在一個固定而穩定的電壓是非常重要的。假如電壓在測試期間會波動或變化,就會無法維持在正確的測試條件之下,因此待測裝置的射頻功率量測結果就不會是正確的。


在PA測試的這個例子中,其電流曲線會讓情況更加惡化。PA會以脈衝的方式發射訊號,因此也會以脈衝的方式從直流偏壓汲取電流。這些脈衝具有快速的訊號緣速率,因此在直流偏壓上會出現顯著的暫態負載。


PA脈衝每次一啟動就會汲入大電流,進而將直流偏壓電源往下拉。通常電源供應器會快速回復電壓,但在它對暫態作出回應的期間,其電壓會偏離測試所要求的電壓值。一旦電源供應器回復電壓之後,PA就會在正確的測試條件下運作,此時就可以用正確的條件進行射頻功率量測。


全球每年會生產和測試數十億個PA,因此測試速度非常重要。假如電源供應器回復電壓的速度很慢,PA的測試時間就會增加,進而讓生產測試的速度變慢。因此PA製造商會尋求快速回復電壓的電源供應器,以確保能達到最高的生產測試速度。他們會依據暫態回復時間規格來判斷哪種電源供應器最適合進行其應用。所以電源供應器廠商必須能準確量測電源供應器的暫態回復時間,以便展現最佳規格給PA製造商。


(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)

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