作者丨鼎陽科技 陳嘉明
01 引言
電子負(fù)載的CC模式下，可以調(diào)節(jié)電流的上升下降斜率，在開關(guān)電源中同樣也存在電源上升下降斜率的設(shè)置項(xiàng)。那么，如何驗(yàn)證電流的上升下降斜率是否得到了調(diào)節(jié)？相關(guān)設(shè)置項(xiàng)的調(diào)節(jié)反映到電流上又是怎樣的？
使用直流電源和電子負(fù)載組成的系統(tǒng)，并用示波器與電流探頭對(duì)其中的電流進(jìn)行測(cè)試時(shí)，調(diào)節(jié)電子負(fù)載中電流的上升下降斜率，但觀測(cè)到的電流上升時(shí)間并未有明顯的變化。
讓我們?cè)趯?shí)際測(cè)試中驗(yàn)證相關(guān)情況的產(chǎn)生原因，以及如何才能正確觀察并測(cè)量到電子負(fù)載和開關(guān)電源中設(shè)置的上升下降斜率。
02 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
這里使用鼎陽科技寬范圍可編程直流開關(guān)電源SPS5081X和高性能可編程電子負(fù)載SDL1030X來進(jìn)行驗(yàn)證。
先來驗(yàn)證一下SPS5081X的電流上升時(shí)間，在直流電源中設(shè)定電壓為9V，電流為1.5A，在電子負(fù)載中設(shè)定為CR模式，電阻值設(shè)置為5Ω，電流探頭使用CP6500，檔位為0.1V/A，可以觀察到流經(jīng)的電流大致為1.5A，環(huán)境的搭建和示波器的顯示如下所示 ：
測(cè)試環(huán)境
示波器測(cè)得電流大小
首先在整個(gè)系統(tǒng)中由示波器通過電流探頭對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。在直流電源與電子負(fù)載的連接線上已有穩(wěn)定的直流電流，此時(shí)若是用電流探頭直接進(jìn)行測(cè)量，無法得到電流的上升時(shí)間與速率，只能通過調(diào)節(jié)觸發(fā)方式并在電流生成的那一刻進(jìn)行觸發(fā)，才能觀測(cè)到電流的上升時(shí)間。
此時(shí)我們選擇開關(guān)SPS5081X的output來捕獲電流出現(xiàn)并跳變那一刻的波形，將SPS5081X中的Irise設(shè)置為30A/s，將Priority mode設(shè)置為由Slew value控制，在此設(shè)置下1.5A的電流理論上將耗時(shí)50ms，這里通過開啟電源的output來捕獲其上升時(shí)間，測(cè)得的上升時(shí)間為43ms。
電源Slew value設(shè)定30A/s下測(cè)得的上升時(shí)間
其中，若是使用Priority mode為High Speed，測(cè)得的上升時(shí)間為21ms左右，結(jié)果如下所示：
電源Priority mode為High Speed下測(cè)得的上升時(shí)間
現(xiàn)在把電源的Irise設(shè)置為0.1A/s再次進(jìn)行測(cè)試，理論上有著15s的上升時(shí)間，測(cè)得的結(jié)果與理論值相近，如下所示：
電源Slew value設(shè)定0.1A/s下測(cè)得的上升時(shí)間
將SPS5081X和SDL1030X都設(shè)定為CC模式且電流為1.5A，其中直流電源的priority mode為High Speed，電子負(fù)載SDL1030X的電流上升斜率分別設(shè)置為0.5A/us和0.01A/us，和剛才一樣，打開電源的output，示波器進(jìn)行single觸發(fā)來捕獲電流的上升時(shí)間，進(jìn)行測(cè)試后得到測(cè)試結(jié)果如圖所示：
電子負(fù)載SDL1030X的電流上升斜率設(shè)置為0.5A/us
電子負(fù)載SDL1030X的電流上升斜率設(shè)置為0.01A/us
此時(shí)觀察到兩者的上升時(shí)間并沒有太大的差別，不考慮電流瞬間的峰值，兩者都是在20ms左右到達(dá)的最大電流值。
再分別計(jì)算下理論上兩者上升所需要花費(fèi)的時(shí)間，假設(shè)是1.5A的電流，在0.5A/us下3us便可以達(dá)到最大值；在0.01A/us下，150us可以達(dá)到最大值。但實(shí)際表現(xiàn)出的上升時(shí)間卻是在幾十毫秒級(jí)別的，如果想要驗(yàn)證電子負(fù)載可調(diào)節(jié)電流的上升斜率這一指標(biāo)似乎無法驗(yàn)證出來，5A電流量程內(nèi)電流可調(diào)的最大上升斜率和最小上升斜率都沒有顯示出區(qū)別。
為什么會(huì)出現(xiàn)以上情況？可以注意兩者20ms左右到達(dá)的最大電流值，而在直流電源為High speed模式下，電子負(fù)載為CR模式時(shí)，此時(shí)的上升時(shí)間也大約在20ms。兩者結(jié)果沒有明顯區(qū)別可能是因?yàn)闇y(cè)出來的并不是電子負(fù)載可調(diào)的電流上升斜率，而是測(cè)到了直流電源的上升時(shí)間。
根據(jù)剛才的計(jì)算，在0.01A/us的斜率下，電子負(fù)載在1.5A電流下表現(xiàn)出的上升時(shí)間也有150us的理論值，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直流電源上升時(shí)間20ms的，理論上有著很高的上升速率。但受制于使用的電源的上升時(shí)間，電子負(fù)載的上升速率跟隨著電源的上升速率，這才看不出調(diào)節(jié)電子負(fù)載CC模式下的上升斜率造成的變化。
而在剛才的實(shí)驗(yàn)中，Priority mode為High speed下的直流電源上升速率已經(jīng)是最快的了，為了驗(yàn)證電子負(fù)載的上升速率是不是跟隨了直流電源的上升速率，可以將模式改為Slew value然后更改Irise的數(shù)值，觀察示波器捕獲到的波形上升時(shí)間。
調(diào)節(jié)電子負(fù)載CC模式下的上升斜率，同樣分別使用0.5A/us和0.01A/us，直流電源的Priority mode設(shè)為Slew value，Slew value中Irise設(shè)置為30A/s，此時(shí)的測(cè)量結(jié)果如下：
電子負(fù)載上升斜率為0.5A/us，直流電源Irise為30A/s
電子負(fù)載上升斜率為0.01A/us，直流電源Irise為30A/s
同樣的，兩者的測(cè)量結(jié)果相差不大，測(cè)量出來的上升時(shí)間均在40ms附近，但能看出與直流電源采用High speed下相比上升時(shí)間變慢了。
此時(shí)測(cè)得的上升時(shí)間與電子負(fù)載在CR模式下，測(cè)直流電源Slew value為30A/s時(shí)的上升時(shí)間相近，這也驗(yàn)證了剛才的猜想，即電子負(fù)載上升斜率調(diào)節(jié)后未能體現(xiàn)出來是被直流電源的上升時(shí)間所限制了。
同時(shí)目前在直流電源與電子負(fù)載（以SPS5081X和SDL1030X為例）中存在如下指標(biāo)：
電子負(fù)載CC模式上升斜率指標(biāo)
直流電源Slew value可調(diào)指標(biāo)
根據(jù)測(cè)量結(jié)果，直流電源在Priority mode為High speed下有著最快的上升時(shí)間，大約為20ms。此時(shí)如果采用電子負(fù)載最低的上升時(shí)間0.001A/us，電流大小仍保持1.5A需要1.5ms，若要突出電子負(fù)載的上升時(shí)間則需要大于20ms，需要看到電子負(fù)載0.001A/us和0.002A/us上升斜率的變化都最少需要40A的電流，此時(shí)上升時(shí)間大于直流電源的上升時(shí)間，不會(huì)再受到直流電源上升時(shí)間的限制。
此時(shí)通過開啟直流電源的output，示波器進(jìn)行single觸發(fā)出的上升時(shí)間斜率，就是電子負(fù)載可調(diào)的上升時(shí)間斜率。
那么有沒有其他可以驗(yàn)證電子負(fù)載上升斜率的方法呢？
如果更換我們產(chǎn)生電流的方法再去觸發(fā)，得到的結(jié)果是否會(huì)有所改變？
先前采用的是開啟直流電源的output，緊接著示波器去觸發(fā)捕獲波形的方法，這樣生成的電流會(huì)受到直流電源本身上升時(shí)間的影響。如果我們先開啟直流電源，讓其電流維持恒定，然后通過開啟電子負(fù)載的，電子負(fù)載根據(jù)其設(shè)置的電流上升速率，改變load值，讓電流逐漸升高并維持恒定，此時(shí)的電流升高速率是由電子負(fù)載主導(dǎo)的。
同樣的測(cè)試條件，先調(diào)節(jié)電子負(fù)載上升斜率至0.5A/us，CC模式下電流值為1.5A，直流電源電流大小維持1.5A。在電子負(fù)載上升斜率分別為0.5A/us、0.2A/us和0.1A/us下進(jìn)行測(cè)試，得到的卻是相似的結(jié)果，不同斜率下測(cè)試結(jié)果如圖所示：
電子負(fù)載上升斜率為0.5A/us
電子負(fù)載上升斜率為0.2A/us
電子負(fù)載上升斜率為0.1A/us
將電子負(fù)載的上升斜率從0.5A/us向下調(diào)整，此時(shí)看不出電子負(fù)載對(duì)電流上升斜率的影響，可以看到電流產(chǎn)生瞬間是高出我們?cè)O(shè)定值1.5A的，然后緩慢回落回到1.5A附近的位置，可以觀察到的上升斜率均為產(chǎn)生過沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的上升沿，電子負(fù)載可能并沒有進(jìn)行控制。
當(dāng)我們繼續(xù)向下調(diào)整電子負(fù)載上升斜率時(shí)，測(cè)試到的電流波形有了明顯的變化。在電子負(fù)載的上升斜率為0.005A/us時(shí)，波形產(chǎn)生瞬間并不會(huì)超過1.5A，隨后會(huì)以一個(gè)相對(duì)固定的斜率上升至1.5A，如下圖所示：
電子負(fù)載上升斜率為0.005A/us
此時(shí)可以觀察到，電流上升并回落至1.3A，并以相對(duì)固定的斜率上升至1.5A，我們利用光標(biāo)測(cè)量這一段的斜率，計(jì)算出來的結(jié)果大致為0.004A/us，比較接近我們的設(shè)定值0.005A/us了。
繼續(xù)降低我們電子負(fù)載的上升斜率，分別測(cè)試了上升斜率0.004A/us和0.003A/us時(shí)的電流上升情況，如下圖所示：
電子負(fù)載上升斜率為0.004A/us
電子負(fù)載上升斜率為0.003A/us
在電子負(fù)載上升斜率為0.004A/us時(shí)計(jì)算從1.16A到1.5A的上升斜率，計(jì)算可得為0.00386A/us，距離設(shè)定值更近。在上升斜率為0.003A/us時(shí)從1A上升到1.5A的上升斜率為0.00303，此時(shí)已經(jīng)能看到電子負(fù)載上升斜率改變帶來的變化了，兩者斜率有了明顯的區(qū)別且都與設(shè)定值相近，可以確認(rèn)此時(shí)測(cè)到的就是電子負(fù)載可以改變的上升斜率。
03 總結(jié)
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)生如下結(jié)論：
搭建了開關(guān)電源與電子負(fù)載的測(cè)試系統(tǒng)后，要明確自己要測(cè)量的對(duì)象再進(jìn)行測(cè)試。若測(cè)試的是電源中電流的上升斜率，則在電源開啟時(shí)刻進(jìn)行電流信號(hào)的捕獲，若測(cè)試的是電子負(fù)載的電流上升斜率，則需要在有穩(wěn)定輸入電流的情況下，開啟電子負(fù)載，并觀察電流的變化過程。
同時(shí)要了解測(cè)試系統(tǒng)中各儀器的指標(biāo)，如電源的上升時(shí)間是否會(huì)對(duì)電子負(fù)載直流上升斜率的測(cè)量造成影響，充分了解測(cè)試系統(tǒng)后才能更好地開展測(cè)試。
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