如何以高压摆率进行负载瞬态测试

微处理器和专用集成电路（ASIC）需要低电压，高电流电源。这些电源通常对输出电压偏差有非常严格的要求，特别是对负载瞬态事件。测试这些耗材可能对设计人员构成挑战，并且可能难以确认是否符合规范。

在这里，我将介绍其他细节以及可用于简化这些困难条件测试的方法。

首先，您需要了解所有瞬态规范，以便正确设计电源，同时了解它们如何应用于测试。典型的瞬态规格包括：

• 以安培为单位的负载阶跃大小，或者以满负载的百分比给出
• 瞬态事件期间的最小负载（有时为零）
• 负载阶跃的转换速率，通常以每微秒的安培数为单位
• 台阶两边允许的最大电压偏差
• 预计恢复时间
  

图1显示了通常如何定义这些规范的示例。



图1负载瞬态测量的图形描述

了解所有规格后，您可以尝试设计供应以满足要求。然而，测试所述要求然后成为挑战。输出电压为1V，负载阶跃为100A，压摆率为1,000A /μs的要求并不少见。大多数测试情况下的限制因素是被测电源和负载之间的电感。在实际系统中，电源通常紧邻其供电的负载; 因此寄生电感最小化。

您可以使用多种方法测试给定电源的负载瞬态响应; 每个都有其优点和缺点。在这里，我将比较以下选项：外部电子负载，外部瞬态电路板，“场效应晶体管（FET）slammer”，板载瞬态发生器和基于插座的瞬态测试仪。

外部电子负载可能是测试瞬态响应的最常用方法 - 也是最方便的。大多数负载都具有模式，使您可以轻松设置当前级别和转换时间。主要缺点是由于外部布线或实际负载的限制，转换速率有限。

外部瞬态电路板通常可以在转换速率方面获得更好的结果，但代价是灵活性。根据设计，负载瞬态电路板可能受限于最大电流，散热或转换速率。由于瞬态电路板是外部连接的，因此布线通常是转换速率限制的瓶颈。此外，您需要为每个测试的电源调整或配置电路板。

FET slammer是获得高速瞬态结果的快速而粗糙的方法。您可以通过电阻器直接连接金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），也可以直接连接电源输出端; 函数发生器控制门。由于外部接线很少，寄生电感会大大降低。

虽然这种方法通常可以产生高压摆率，但测试的控制和可重复性可能很难。您可能还需要修改PCB（图2）。该方法的另一个问题是测量实际负载阶跃电流是困难的并且可能是不准确的。


图2带FET振荡器的PCB示例

在尝试测试高电流高速瞬变的性能时，板载瞬态发生器非常有用。您可以根据精确的负载瞬态规范设计电路。主要缺点是组件需要额外的成本和空间。此外，采取多种不同测量的灵活性可能是困难的或耗时的。

板载瞬态发生器的设计也非常复杂。它可以像555定时器控制的电阻和FET一样简单，也可以像图3所示那样复杂。更复杂的设计使用多级和更小，更快开关的FET。这种类型的设计可以实现1,000A /μs的压摆率。



图3板载瞬态发生器的更复杂版本

最后一个选择是使用处理器插槽和专用的瞬态测试工具。这个选项是最昂贵的选择，因为工具本身可能很昂贵，PCB的成本也会高得多。但是，对于给定的处理器要求，您可以获得最准确的结果。处理器或ASIC制造商经常开发这些工具，因此它们专门用于提供正确的测试条件。

表1总结了瞬态测试选项。

方法	优点	缺点
外部电子负载	简单，灵活，可能没有额外费用	外部连接导致转换速率有限
外部瞬态板	简单，低成本	每次测试都需要修改; 外部连接导致的转换速率有限
FET slammer	低成本，快速摆率	需要一个花哨的函数发生器; 测量实际电流可能是困难和不准确的; 可能很难控制
板载瞬态发生器	非常快的摆率; 专为被测供应而设计	每种不同的测试条件都需要修改电路板; 占用PCB上的额外空间; 可以增加成本; 难以测量电流
基于套接字的瞬态测试仪	非常具体的测试，确保合规; 通常通过软件控制，使测试变得容易	非常贵; 困难的PCB布局，以适应插座; 由于层数和插座布置，PCB可能非常昂贵

表1不同瞬态测试方法的比较
负载瞬变测试是电源设计和合规性的一个非常重要的部分。测试夹具中的寄生电感会对您实现所需压摆率的能力产生负面影响。使用我在这里描述的方法，我希望你能避免这个问题。