电源测试之输出动态响应(OutputDynamicResponseTest)

电子芯期天 2022-12-03 07:30


1、测试目的

动态响应一般是指控制系统在典型输入信号的作用下,其输出量从初始状态到最终状态的响应。对某一环节(系统)加入单位阶跃输入x(t)时,其响应y(t)开始逐渐上升,直到稳定在某一定值上为止。响应y(t)在达到一定值之前的变化状态称为过渡状态(动态)。此称为动态响应。

验证待测电源在输出负载动态变化时,输出电压及信号是否符合规格要求:
    - 电压波动范围,
    - 瞬态响应能力。


2、测试条件及示意图
    - 输入:规格中定义的最小及最大输入交/直流电压,最小及最大交流频率
    - 输出:规格中定义的动态负载电流条件及规格所允许的最小电容负载
    - 温度:最低工作温度,常温及最高工作温度
    - 示波器采样方式:一般设为Sample或Hi-res模式


依规格要求设定负载电流的起、止点,负载电流的上升、下降速率(Slew Rate)及负载电流的变化周期;一般负载电流的上升和下降速度设置为2.5A/uS,变化周期一般为20ms。

开机后按规格要求,调整负载电流的变化周期(通过改变t1,t2)。

电源测试系列之输出动态响应(Output Dynamic Response Test)

如下图中的各项数据:

电压值:Vo-max, Vovershoot, Vo-stable1, Vo-stable2, Vo-undershoot, Vo-min,

响应时间:tR1,tR2

参考值:t1, t2,Iomax,Io-min;或负载占空比,频率,Iomax,Io-min;

    - 依规格要求设定负载电流的起、止点,负载电流的上升、下降速率(Slew Rate)及负载电流的变化周期;
    - 开机后按规格要求,调整负载电流的变化周期(通过改变t1,t2)。


3、测量波形数据

- 电压值:Vo-max, Vovershoot, Vo-stable1, Vo-stable2, Vo-undershoot, Vo-min,

- 响应时间:tR1,tR2

- 参考值:t1, t2,Iomax,Io-min;或负载占空比,频率,Iomax,Io-min;


4、测试步骤
    1)设定最低环境工作温度,最小输入电压/频率;对需做动态响应测试的输出,依规格要求设定其负载电流的起、止点,负载电流的上升、下降速率(Slew Rate)及负载电流的变化周期;其他输出负载按照Regulation Table要求设定;
    2)开机后按规格要求,调整负载电流的变化周期(t1,t2),观察输出波形的变化;
    3)记录Vo-max、Vovershoot、Vundershoot及Vo-stable1最大,Vo-min及Vo-stable2最小的测试条件, 测量输出电压的各对应值及输出响应时间,并保存波形;
    4)在步骤3的动态电流的变化周期下,改变其他输出负载条件,使Vo-max、Vovershoot、Vundershoot及Vo-stable1最大,Vo-min及Vo-stable2最小,测量并记录相应数据;
    5)以步骤3及4找到的最差负载条件为负载,以待测电源所提供的各种开机方式开机(如AC on, PS_ON on);
    6)依次改变测试条件(动态负载起始点,输入电压/频率及环境温度),重复步骤2、3、4、5;
    7)同样方法测试其他输出动态响应。

判定条件 
    各输出测量值符合规格要求:
    - 不能有震铃(Ringing, 反馈回路欠阻尼)现象,
    - 待测电源不可以损坏(Damaged/Broken down),
    - 待测电源不可以工作不稳定,甚至关机(Shut down),

    - 响应时间符合要求。



* 判定图例 1
    如下图中的各输出测量值符合规格要求;虽有过阻尼,但可接受;

* 判定图例 2
    虽然如下图中的各输出测量值符合规格要求,但反馈回路欠阻尼(不稳定),故不能接受。

 


正常的电源动态负载实测波形


改善动态响应的对策参考

   - 适当改善反馈响应速率(如适当减小431上RC电路中的电容量、增加光耦电流、减小电流检测PIN脚上RC电路中的电容值),但需注意噪声、重载开机问题;另外,这一方案也受制于实际设计方案的选择:

    * PWM方式受最大占空比的限制(Flyback:约0.8,单端正激0.5,其他如Push-pull、Half-bridge,Full-bridge等为0.8,Boost为0.9等),因此设计初期最大占空比的选择就应当保留一定的余量;

    * PFM方式也受制于工作频率限制,以免产生噪声或EMI的问题;

    在容许的情况下(较低的电容电压),尽可能让占空比或开关频率在动态情形下逐步增大,以避免如电流应力加大等问题;

   - 增加输出电容容量或并联数量,适当降低输出储能电感的感量

     * 电感中的电流不能突变,这是影响输出动态响应的关键,尤其在CCM模式的时候,因此,适当降低感量可以改善动态响应,但需要考虑轻载时的反馈稳定性问题(CCM转变成DCM会造成系统不稳定)

     * 电容的电流可以突变,因此,可以考虑适当考虑增加电容容量或数量来改善,如果Layout空间允许的话。

    - 采用多个变换器并联方案,但成本会较高,这在电流变化速率要求较高的场合(如CPU供电的3~6相V-core电路);

    - 增加开关频率,以更快的速度传递能量,但需考虑元器件的频率特性、EMC及效率等问题;

   以上的方案在实际应用中,需综合考虑。当然,也可能存在其他的解决方案,有待研究。


特殊的动态响应测试

Intel的VID电源的有一个曲线,叫做Loadline,这个设计很奇特:当处理器负载增大的时候,反而让输出电压降低。

对于Loadline测试,我们既需要测试静态,也需要测试动态。这个动态的测试,是一种特殊的动态响应测试。

Dynamic Current Loadline是测试当负载电流Icc发生快速、大幅度变化时,产生的瞬变电压值是否超过过冲指标。

测试注意事项:

1) 需要正确设置PDT控制软件界面上的触发信号的Slew Rate(具体参数可查找IMVP6.5协议中对应的处理器平台),不同的Slew Rate值对测试结果影响比较大;

2) Iccmax和Iccmin的设置请参考不同处理器平台的要求(具体参数可查找IMVP6.5协议中对应的处理器平台),如果查不到这个值,请咨询FAE,Iccmax和Iccmin之间的差值直接影响到实测的Vcc的过冲情况。

【测试步骤】:

1、确认测试点:

测试分为VCC_CORE(处理器core电源)和VCC_AXG电源(显卡电源,如果单板没有显卡电源的,可以忽略VCC_AXG)两部分。

1)测试VCC_CORE时:需要测试不同负载下(可以通过VR测试工具控制界面设置Io输出)的VCC_CORE值,用万用表的正负极分别测试Gen3 Tool Head的J3中Pin4和Pin3,读取VCC_CORE值。

2、在测试瞬态电压时,需要一个触发信号。将有源探头的信号端固定LB_Drive1管脚上(如下图TP30的PIN1所示),地端固定在TP30的PIN2;

1、 调节Slew Rate :PDT控制软件参数设置好后,点击Enable Load 按钮,通过调节触发信号的电平,捕获到稳定的触发信号。拖动 PDT 软件界面的 Slew Rate 滑钮,使触发电平的上升时间满足测试要求。

2、 测试结果的读取:调节好Slew Rate后,按测试工作表中的测试项,在Icc变化频率下(PDT 软件界面上可以设置,默认为305K),点击 Enable Load 后,测试电压输出是否过冲。将测试结果(过冲电压Vovs、过冲时间tos)填到表格中


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稿//广// 13237418207

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