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什么是瞬态响应?

EDN电子技术设计  · 公众号  ·  · 2024-12-11 17:24

正文

瞬态响应现象

您注意过在启动空调以后屋里的灯光瞬间变暗的情况吗?这是因为空调吸收了大量电流,致使供电电压下降,进而导致了灯光变暗。一小段时间之后,电压还会恢复正常。直流电源上的输出阻抗,也会造成类似的电压瞬变。对电流的需求突然增加时,电源的输出电压就会瞬间下降。同理,电流的下降会导致电源电压突然升高。

什么叫瞬态响应?

瞬态响应是当负载吸收电流发生跳变的瞬间,就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。

首先来看一下这个波形(图1), 大约 120 mV 的电压跌落,持续时间约为 30 uS。这是一个高性能的程控电源的输出,当负载电流猛然增大时,输出电压瞬间的变化情况。


图1:负载电流从1 mA 跳变到 500 mA 时,输出电压的变化


这是任何电源都存在的问题。当负载吸收电流发生跳变的瞬间,就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。这个示波器屏幕的截图(图1),就是当我的一个电源的负载电流,从1mA 瞬间变化到 500 mA 时, 输出电压经历了约 30 uS 瞬间变化。

电源的这个特性,就是我们通常所称的负载瞬态恢复时间,或者瞬态响应时间。它表征的是,当负载电流发生突然变化的时候,电源电压恢复到设定范围内所需要的时间。如图2所示:

图2:负载电流突然变化,造成电源电压出现瞬态响应


瞬态响应是电源在负载的巨大变化中恢复正常的速度

例如,对于电源 E36312A 来说,当电流从 50% 变到 100% 时,其恢复到 15 mV 的瞬态响应时间是 50 us。通道 1 的最大电流是 5 A,50% 就是 2.5 A。

图 3:上方显示的是电流从 50% 升至 100%、然后又返回 50% 所发生的电流曲线变化。响应电压如下方所示,其中包括小的瞬态变化。


图 4:图中的输出电压显示了较小的电压瞬态变化。


图 5a:在 E36312A 的通道 1 上进行瞬态测量。在电流从满负载减至一半以后,电压在 30 us内恢复至 15 mV,反之亦然。


图 5b:峰值电压通常与负载特性密切相关,因此不会被表征。切记,要用较短的电线并且双绞,以便实现更快的瞬态响应。


在表征电源的瞬态响应, 我们通常会考虑 3 点:


  1. 负载的幅度变化,例如,负载从全负载的 50%, 跳变到 100% 负载。对于最大 10 A 输出电流的电源,就是负载的电流从 5 A 跳变到了 10 A。

  2. 电源从开始变化开始,恢复到负载改变前设定电压的一定范围之内。需要注意的是,由于负载的改变和电源的负载效应双重影响,电源电压不可能回到负载改变前的值。这样,我们就会规范一个范围,例如恢复到负载改变前电压的 ±20 mV 之内,或 ±0.1% 之内。

  3. 瞬态响应时间就是电压恢复指定电源范围内需要的时间值。


不同的电源就有不同的瞬态响应时间


例如,是德科技 N6705直流电源分析仪中所用的高性能模块 N6751A高性能自动量程直流电源模块和精密直流电源模块 N6761A, 在指标中标为:

  1. 当负载从60% 跳变到100%, 或者从100%跳变到60%时,

  2. 电压恢复到设定值的 ± 75 mV







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