如何测量开关稳压器的瞬态响应？

为了了解开关稳压器的稳定性，我们经常需要测量其负载瞬态响应。 因此，学习如何测量瞬态响应对于电子领域的工程师来说至关重要。 

在本次分享中，我们将解释负载瞬态响应的定义、测量的要点、如何使用 FRA 测量瞬态响应，以及测量和调整开关稳压器的负载瞬态响应的实际示例。 如果你不清楚如何测量瞬态响应，你可以通过这个分享来掌握方法。 让我们继续阅读！

分享是关怀！

内容

● 什么是负载瞬态响应？

● 评估瞬态响应的 5 个关键点

● 如何评估瞬态响应？

● 调整瞬态响应的示例

● 常见问题

● 结论

什么是负载瞬态响应？

负载瞬态响应是对负载突然波动的响应特性，即输出电压下降或上升后恢复到预设值的时间，以及输出电压的波形。 它是一个重要参数，因为它关系到输出电压相对于负载电流的稳定性。

与负载调节相反，顾名思义，它是一种瞬态特性。 使用下图解释实际现象。

关于图表有几点需要注意：

● 在左图的波形中，负载电流（下方波形）从零快速上升，上升时间 (tr) 为 1 µs。 

● 另一方面，输出电压（上波形）瞬间下降，然后迅速上升，略超过稳态电压，然后再次下降到稳定状态。 

● 当负载电流突然下降时，我们看到发生了相反的反应。

以不太正式的方式解释事物：

● 当负载增加时，突然需要更大的电流，而输出电流供应得不够快，因此电压下降。 

● 在此操作中，为了使下降的电压恢复到预设值，提供最大输出电流数个周期，但提供的太多了，电压升高了一点，因此降低了提供的电流从而达到预设值。 

这应该理解为描述 正常瞬态响应. 当存在其他因素和异常时，除此之外还包括其他现象。

在理想的负载瞬态响应中，会在几个开关周期（短时间）内对负载电流的波动做出响应，并且输出电压降（上升）保持在最低水平，并在最短时间内恢复到稳压状态时间。 

即，像图中的尖峰那样的瞬态电压的出现在极短的时间内发生。 中图是负载电流上升/下降时间为 10 µsec，右图是 100 µsec。 在这些示例中，负载电流的更平缓波动会导致响应跟踪得到改善，输出电压波动很小。 然而，实际上很难调整电路中负载电流的瞬态行为。

我们已经描述了电源的瞬态响应特性，但可以认为它们与运算放大器的频率特性（相位裕度和交叉频率）基本相同。 如果电源控制回路的频率特性合适且稳定，则可以将输出电压的瞬态波动保持在最低限度。

瞬态响应特性

评估瞬态响应的 5 个关键点

评估电源瞬态响应时要记住的要点总结如下。

● 检查输出对负载电流突然波动的调节和响应速度，例如从待机状态转换到唤醒时。

● 当需要调整频响特性时，请使用 ITH 引脚进行调整。

● 相位裕度和交叉频率可以从观察到的波形中推断出来，但是 使用频率响应分析仪 (FRA) 很方便。

● 判断响应是正常工作响应还是异常响应，由于电感饱和、限流功能等。

● 当无法获得所需的响应特性时，应研究单独的控制方法或频率、设置外部常数等。

如何评估瞬态响应？

说明具体的评价方法。 

● 进行实验时，将负载电流可瞬时切换的电路或装置接到电源电路的输出端进行评估， 可以使用有用的示波器进行评估 观察输出电压和输出电流。 

● 如果要确认实际设备的响应，例如创建一个状态，其中 CPU 等从待机状态转变为完全运行，并且类似地观察输出。

上面描述了进行评估的要点； 相位裕度和交叉频率总是可以从观察到的波形中推断出来，但这相当麻烦。 

最近，一种称为频率响应分析仪（FRA）的测量设备得到了相当广泛的应用，可用于测量极其简单的电源电路的相位裕度和频率特性。 使用FRA可以很有效。

在实际应用中，当没有合适的负载器件可以进行瞬间大电流开关的实验时，可以使用简单的电路，例如右边的MOSFET开关。 当然 tr 和 tf 必须确定。

调整瞬态示例

一些开关稳压器IC有一个用于调整响应特性的引脚； 在许多情况下，它被称为 ITH。 在 IC 数据表上指示的应用电路中，提供了或多或少合理的组件值以及在这些条件下连接到 ITH 引脚的电容器和电阻器的配置。 本质上是以此为出发点，进行调整以满足实际制作的电路的要求。 最好首先保持电容器固定并改变电阻值。

下面是示波器波形和使用FRA得到的频率特性分析图，显示了这些例子中使用的BD9A300MUV负载瞬态响应特性在ITH引脚电容容量固定且电阻值为调整。

① R3=9.1 kΩ、C6＝2700 pF（使用推荐值基本上可以得到适当的响应和频率特性）

② R3=3kΩ、C6＝2700pF

※ 降低R3的电阻值时，频带变窄，负载响应变差。 操作本身没有问题，但相位裕度太大。

③ R3=27kΩ、C6＝2700pF

※通过提高R3电阻，频带变宽，负载响应提高，但电压波动时会出现振铃（放大波形部分）。

相位裕度很小，并且根据散射，可能会发生异常振荡。

④ R3=43kΩ、C6＝2700pF

※ R3的阻值进一步升高时，会出现异常振荡。

以上是使用 ITH 引脚调整响应特性的示例。 在本质上， 输出电压中发生的电压瞬变 不能完全消除，因此进行调整，以使响应不会对通电的电路的操作造成问题。

常见问题解答

1、问：开关稳压器的优点是什么？ 

答：开关稳压器是高效的，因为串联元件要么完全开启，要么完全关闭，因此它们几乎不会消耗功率。 与线性稳压器不同，开关稳压器可以产生高于输入电压或极性相反的输出电压。

2. 问：开关稳压器的三种类型是什么？ 

答：开关稳压器分为升压型、降压型和逆变稳压器三种。

3. 问：开关稳压器用在什么地方？ 

A：开关稳压器用于 过压保护、便携式电话、视频游戏平台、机器人、数码相机和计算机。 开关稳压器是复杂的电路，所以不太受业余爱好者欢迎。

4. 问：如何选择开关稳压器？

A：选择开​​关稳压器时要考虑的因素：

● 输入电压范围。 这是指IC支持的输入电压的允许范围。

● 输出电压范围。 开关稳压器通常具有可变输出

● 输出电流

● 工作温度范围

● 噪音

● 效率

● 负载调节

● 包装和尺寸。

结论

在这个分享中，我们知道负载瞬态响应的定义，如何测量它，并学习实际的例子。 该技能可以有效帮助您检测开关稳压器等负载的稳定性问题，避免电路安全隐患。 现在尝试测量瞬态响应！ 您想了解更多有关瞬态响应测量的信息吗？ 在下方留下您的评论，告诉我们您的想法！ 如果你觉得这个分享对你有帮助，别忘了分享这个页面！

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