为避免可编程电源设置动态响应参数时出现输出错误,需从参数设计、硬件配置、软件控制、测试验证四个层面综合施策,具体措施如下:
一、动态响应参数设计原则
- 负载电流参数设定
- 起止点与斜率:根据负载特性设定动态负载电流的起止点(如25%~50%~25%或50%~75%~50%周期性变化),斜率(Slew Rate)建议设为2.5A/μs,确保激励信号包含足够的高频分量以测试电源响应能力。
- 变化周期:初始周期可设为20ms(频率50Hz),后续根据实际波形调整。例如,在CPU供电测试中,需模拟负载电流在10%到100%间的快速跳变,此时周期可能缩短至0.5ms。
- 电压波动范围控制
- 行业常规标准:输出电压波动范围通常不超过设定值的±5%(如3.3V电源允许波动范围为3.135V~3.465V)。
- 过冲抑制:通过软启动功能限制电压上升速率,避免启动时电压突升导致过冲。例如,设置软启动时间为10ms,使电压从0V平滑上升至目标值。
- 响应时间优化
- 关键指标:响应时间(tR1、tR2)需符合规格要求。例如,在负载电流从25%跳变至50%时,电压恢复稳定的时间应小于100μs。
- 反馈环路调整:通过调节COMP引脚电阻或电容值,优化反馈环路响应速率。例如,增大COMP电阻可降低动态电压波动,但需注意可能延长响应时间。
二、硬件配置与保护机制
- 输出电容与电感优化
- 电容容量:增加输出电容容量或并联数量,可降低输出电压跌落。例如,在负载电流突变时,100μF电容可将电压跌落幅度从200mV降至50mV。
- 电感感量:适当降低输出储能电感的感量,可改善动态响应。例如,将电感感量从10μH降至5μH,可使负载电流上升时间缩短30%。
- 阻尼元件应用
- 串联电阻:在输出线路上串联小电阻(如0.1Ω),可限制电流变化速率,避免过冲。
- 并联稳压元件:添加TVS二极管或MOV压敏电阻,为过电压提供快速放电路径。例如,TVS二极管可在1ns内将过电压钳位至安全范围。
- 多变换器并联
- 高电流变化率场景:在CPU供电等电流变化速率要求较高的场合,采用多个变换器并联方案。例如,3~6相V-core电路可显著降低输出电压波动。
三、软件控制与闭环优化
- 闭环控制系统设计
- PID控制算法:采用比例-积分-微分(PID)控制,实时调整控制信号以补偿输出偏差。例如,通过调节PID参数(Kp=0.5、Ki=0.1、Kd=0.01),可使系统相位裕度提升至50°~60°,避免振荡。
- 传感器精度:使用高精度传感器(如0.1%精度)监测输出电压和电流,确保控制算法基于准确数据。
- 二次开发与程控软件
- 自动化控制:利用NS-Power等程控软件,实现电压/电流波形编辑、实时显示及自动保存测试数据。例如,软件可自动识别电源型号并设置默认保护值,避免人为误操作。
- 保护参数定制:根据负载特性单独设置过压、过流保护阈值。例如,将过压保护值设为额定电压的110%,过流保护值设为额定电流的120%。
四、测试验证与迭代优化
- 动态响应测试流程
- 测试条件:在最低工作温度、常温及最高工作温度下,分别测试电源在额定输入电压范围内的动态响应。
- 示波器配置:将示波器通道1设为AC耦合,垂直档位调节至50~100mV/Div,触发通道选择电流探头,触发边沿设为“上升沿触发”。
- 波形分析与改进
- 振铃现象排查:若测试波形存在振铃,需检查电流负载端子和电压采样端子的连接点是否正确。例如,振铃频率在系统开环传递函数180°交越点附近时,表明相位裕度不足。
- 参数迭代:根据测试结果调整反馈环路参数或硬件配置。例如,若电压过冲超过规格要求,可增大输出电容容量或降低电感感量。
- 长期稳定性监控
- 定期校准:每年校准一次电压/电流精度,确保输出参数符合规格要求。
- 事件记录功能:利用电源的事件记录功能,监测运行中发生的特定情况(如过压/过流触发),便于问题追溯。