Tijdelijke hersteltijd van stroomvoorziening begrijpen en meten

Dit bestandstype bevat afbeeldingen en schema's met een hoge resolutie, indien van toepassing.

Bob Zollo, productplanner, afdeling Power and Energy, Keysight Technologies
De tijdelijke hersteltijd van de voeding is de specificatie van een gelijkstroomvoeding. Het beschrijft hoe snel de voeding zal herstellen van een tijdelijke belasting op de uitgang van de voeding.   


Met een ideale voeding die op een constante spanning werkt, zou de uitgangsspanning op de geprogrammeerde waarde blijven, ongeacht de stroom die door de belasting uit de voeding wordt getrokken. Een echte voeding kan echter zijn geprogrammeerde spanning niet behouden wanneer de belastingsstroom snel stijgt.


Als reactie op een snelle stroomstijging, zal de voedingsspanning dalen totdat de terugkoppelingslus van de voedingsregeling de spanning weer op de geprogrammeerde waarde brengt. De tijd die nodig is voor de waarde om terug te keren naar de geprogrammeerde waarde is de hersteltijd van de tijdelijke belasting (Fig. 1).


Merk op dat als de belastingstroomtransiënt geen snelle transiënt is, maar eerder langzaam stijgt of daalt, de terugkoppelingslus van de voedingsregeling snel genoeg zal zijn om de uitgangsspanning te regelen en te handhaven zonder enige zichtbare transiënt. Naarmate de randsnelheid van de stroomstoot toeneemt, overschrijdt deze het vermogen van de terugkoppelingslus van de voeding om de spanning "bij te houden" en constant te houden, wat resulteert in een voorbijgaande belasting.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Bestanden Uploads 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F1
1. Hersteltijd van belasting van voorbijgaande aard is de tijd "X" die de uitgangsspanning nodig heeft om te herstellen en binnen "Y" millivolt van de nominale uitgangsspanning te blijven na een stapsgewijze verandering van de belastingsstroom in "Z" ampère. "Y" is de gespecificeerde herstelband of afwikkelingsband, en "Z" is de gespecificeerde verandering van de belastingsstroom, doorgaans gelijk aan de nominale stroomsterkte van de volledige belasting van de voeding.




De hersteltijd van de stroomtoevoer wordt gemeten vanaf het begin van de stroompiek van de belasting tot het moment waarop de stroomtoevoer tot rust komt en opnieuw de geprogrammeerde waarde bereikt. Maar elke keer dat u opgeeft dat "een geprogrammeerde waarde bereikt", moet u dit specificeren binnen een tolerantieband. Zo wordt de hersteltijd van de belasting van de voedingsspanning gespecificeerd als de tijd die nodig is om een ​​tolerantieband van een procent van de geprogrammeerde waarde, een procent van het nominale vermogen of zelfs een vaste spanningstolerantieband te bereiken. De tabel toont enkele voorbeelden van tijdelijke specificaties van de voeding.  


Als u naar de Keysight N7952A-voeding kijkt, kunt u zien dat de tolerantieband voor tijdelijke hersteltijd is gespecificeerd als 100 mV. Bij het meten van de tijdelijke hersteltijd, als de uitgangsspanning 25 V is, moet u meten hoe lang het duurt voordat de voeding zich herstelt tot binnen ± 100 mV rond 25 V.






Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Bestanden Uploads 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo Table




Eindversterkers illustreren waarom tijdelijke hersteltijd belangrijk is


Laten we eens kijken naar een voorbeeldtoepassing waarbij de transiënte respons van gelijkstroomvoeding belangrijk is. Bij het testen van eindversterkers (PA) die worden gebruikt in mobiele apparaten (zoals mobiele telefoons of tablets), is het erg belangrijk dat de DC-voorspanning in het te testen apparaat (DUT) op een vaste en stabiele spanning blijft. Als de spanning tijdens de test zou fluctueren of veranderen, worden de juiste testomstandigheden niet gehandhaafd en zullen de resulterende RF-vermogensmetingen op de DUT niet correct zijn.     


In dit geval van de PA wordt de situatie verergerd door het huidige profiel. De PA zendt in pulsen uit en trekt daarom stroom uit de DC-bias in pulsen. Deze pulsen hebben hoge flanksnelheden en vertonen daarom significante belastingstransiënten op de DC-bias. Elke keer dat de PA pulseert, trekt deze een hoge stroom, die de DC-voorspanningsvoeding naar beneden trekt. De voeding herstelt zich snel; gedurende de tijd dat de voeding op de transiënt reageert, is de spanning echter niet op de gewenste waarde voor de test. Zodra de stroomtoevoer zich herstelt, zal de PA onder de juiste testomstandigheden werken en wordt het dus mogelijk om de juiste RF-vermogensmetingen te doen. 


Met miljarden PA's die elk jaar worden vervaardigd en getest, is de testdoorvoer van cruciaal belang. Als de voeding zich langzaam herstelt, voegt dit testtijd toe aan de PA en vertraagt ​​daardoor de productietestdoorvoer. PA-fabrikanten zoeken daarom naar snel herstelbare voedingen om ervoor te zorgen dat ze een maximale productietestdoorvoer kunnen behalen. Ze kijken naar de specificatie van de tijdelijke hersteltijd om te bepalen welke voeding het beste is voor hun toepassing. De leverancier van de voeding moet dus in staat zijn om de tijdelijke hersteltijd van de voeding nauwkeurig te meten om de best mogelijke specificaties aan PA-fabrikanten te presenteren.


Tijdelijke hersteltijd meten


Het uitdagende deel van het meten van de hersteltijd van belastingtransiënten is het bepalen wanneer de spanning de tolerantieband binnenkomt. De gemiddelde voltmeter kan gemakkelijk meten of de DC-uitgangsspanning binnen de tolerantieband valt. Het is echter een langzaam instrument en zal niet snel genoeg kunnen samplen om een ​​zinvolle tijdmeting te geven met voldoende resolutie om te zeggen hoe snel de spanning de tolerantieband binnenkwam.


Als we verder kijken dan de gemiddelde voltmeter, kunnen bepaalde snelle voltmeters tienduizenden metingen per seconde meten met voldoende nauwkeurigheid om te detecteren wanneer de voedingsspanning precies de tolerantieband binnenkomt. Een voorbeeld hiervan is de 34470A DMM van Keysight. Naarmate de hersteltijden van voorbijgaande aard verbeteren, worden deze voltmeters, zelfs wanneer ze gegevens met 50 ksamples/s vastleggen, te traag om de snelle hersteltijd vast te leggen.  


VAN ONZE PARTNERS
2.7 V tot 24 V, 2.7 mΩ, 15 A eFuse met hot-swap-beveiliging, ±1.5% stroommonitor & adj. fout beheer
TPS25982 2.7 V tot 24 V, 2.7 mΩ, 15 A Smart eFuse - Geïntegreerde hot-swap-beveiliging met 1.5% nauwkeurige belastingstroombewaking en instelbare transiënt…
WaveRunner 8000HD: Analyse van meerdere rails
Voer gevoelige metingen uit, zoals karakterisering van het instorten van spoorstaven, met volledig vertrouwen dankzij het hoge dynamische bereik van de WaveRunner 8000HD en 0.5%…
Een scope zou een redelijker hulpmiddel zijn om te gebruiken, omdat het zeer snelle transiënten gemakkelijk kan vastleggen en visualiseren. Het gemiddelde bereik heeft echter meestal een verticale nauwkeurigheid van 1% -3% en een resolutie van 8 bits. Dientengevolge worstelt het om voldoende verticale nauwkeurigheid en resolutie te bieden om precies te lokaliseren wanneer de gelijkstroomuitgangsspanning de smalle tolerantieband bereikt. 


Door de scope in wisselstroomkoppeling te zetten, probeer je in te zoomen op de tolerantieband. Er zal echter een fout worden geïntroduceerd omdat het post-transient geregelde gelijkstroomniveau zal worden vervormd als gevolg van de wisselstroomkoppeling. Dit kan het moeilijk maken om het post-transiënte gelijkstroomniveau binnen de tolerantieband nauwkeurig te identificeren, aangezien de vaste gelijkspanning door de wisselstroomkoppeling wordt "naar beneden getrokken".


Een andere optie is om de scoop in gelijkstroomkoppeling te laten staan, maar een grote gelijkstroom-offset op de scoop te gebruiken om in te zoomen op de tolerantieband. Dit werkt goed met dc-uitgangen in het 0- tot 10-V-niveau, maar naarmate de dc-uitgang stijgt, moet de dc-offset ook stijgen. Bij grote dc-offsets moet de minimale volt/deling ook toenemen om de grote dc-offset te ondersteunen, wat resulteert in een lagere meetresolutie op de tolerantieband.  


Voor voedingen met een bredere spanningstolerantieband kunnen scopes worden gebruikt om deze metingen uit te voeren. Keysight-oscilloscopen bieden zelfs ingebouwde software voor vermogensanalyse die transiënte responsmetingen uitvoert via kant-en-klare bewerkingen (bekijk www.keysight.com/find/scopes-power). De best presterende scopes, met een resolutie van 10 of 12 bits, hebben meer flexibiliteit en geavanceerdere front-ends, waardoor ze deze metingen zelfs voor smalle spanningstolerantiebanden kunnen uitvoeren. Deze scopes zijn echter niet zo gebruikelijk op de gemiddelde laboratoriumbank.


Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Bestanden Uploads 2015 02 0216 Cte Keysight Zollo F3
2. Deze schermafbeelding van de Keysight IntegraVision Power Analyzer toont de meting van de hersteltijd van spanningstransiënten.




Voor voedingen met smalle spanningstolerantiebanden kan een hoogwaardige netvoedingskwaliteitsanalysator deze meting uitvoeren, op voorwaarde dat deze een single-shot meetmogelijkheid heeft. Single-shot-meting is nodig omdat de transiënt een single-shot-gebeurtenis is die wordt geactiveerd door de stijgende flank van de huidige puls. Als u een zich herhalende tijdelijke belastingsstroom kunt genereren, zoals een blokgolf waarbij de stroom springt tussen hoge en lage stroomwaarden, kunt u een vermogensanalysator gebruiken zonder eenmalige meting om de herhaalde voorbijgaande gebeurtenis vast te leggen.  


Krachtige vermogensanalysers hebben een verticale nauwkeurigheid van meer dan 0.1%, een resolutie van 16 bits en digitaliseringssnelheden van 1 Msample/s of meer. Deze combinatie van snelle digitalisering en nauwkeurige spanningsmeting stelt u in staat om eenvoudig de transiënte respons van de voedingsspanning te meten en te bepalen wanneer de smalle tolerantieband is bereikt. Aangezien een vermogensanalysator rechtstreeks spanning en stroom kan meten zonder sondes, kunt u deze meting snel instellen om te activeren vanaf de stijgende flank van de stroom en vervolgens de hersteltijd van de spanning te meten.  


Een vermogensanalyzer met deze mogelijkheid is de IntegraVision Power Analyzer (Fig. 2), die single shot 5-Msample/s digitaliseert met 16 bits tegelijk op zowel spanning als stroom, met een basisnauwkeurigheid van 0.05%, allemaal weergegeven op een groot kleurentouchscreen . De meting wordt gedaan op een 10-V-voeding die wordt gepulseerd tussen 2A en 8A. De tijdelijke herstelband is ± 100 mV.


Met behulp van de twee Y-markeringen van IntegraVision kunt u de bovenkant (10.1 V) en onderkant (9.9 V) van de spanningstolerantieband identificeren. Vervolgens kunt u met de twee X-markeringen identificeren wanneer de transiënt begint op de huidige golfvorm met markering X1 en wanneer de spanning de tolerantieband binnenkomt met markering X2. Het tijdsverschil tussen X1 en X2 is de voorbijgaande hersteltijd, gemeten als 90.4 s.

Laat een bericht achter 

Message List