電源系統是整個電子設備的基石，一個電子設備通常需要一個或者數個電源單元才能支撐其運行，因此它決定了整個系統的完整性和可靠性。

在電源量產時，我們需要和各種器件離散性做“斗爭”，那么一個電源是否是穩定的、魯棒的？在設計電源時，我們必須要對其性能做詳盡的測試和驗證。其中包括在動態負載條件下對電源進行穩定性評價。

目錄

1、動態響應測試在電源測試中的重要性

2、如何使用RIGOL的DL3000電子負載及配套儀器進行測試系統搭建

3、如何對測試結果進行特征分析

性能優良的電源到底“優良”在哪里？

一個設計優良的電源設備，具有以下特性：

較好的負載調整率和較好的電源調整率

較好的負載動態響應和電源動態響應：恢復時間快，電壓跌落/過沖小

其他指標，如紋波，效率，啟動時間，輸入浪涌電流，功率因數等

何為負載動態響應？

動態響應性能，包含負載動態響應和電源動態響應，是電源非常重要的指標之一。

負載動態響應指的是在恒壓模式下，繼輸出電流規定大小的階躍變化之后，輸出電壓恢復到規定百分數范圍內的時間；或者在恒流模式下，針對輸出電壓規定大小的階躍變化，輸出電流恢復到規定百分比范圍的時間。在常見的電源應用中，負載可能存在快速波動，此時能夠保證輸出電壓的穩定是電源需要具備的性能之一，而動態響應測試可以較好地評估電源內部穩壓控制的穩定性。

搭建測試環境

-示波器(RIGOL全系列示波器)

-電子負載(DL3000系列)

-RP系列或PCA系列電流探頭(PCA系列電流探頭需搭配DS/MSO7000、MSO8000系列示波器使用)

-RP系列電壓探頭(如PVP2350)

-符合供電條件的電源

如何操作？

Step1 完成硬件系統連接

-將DUT的輸出端連接在DL3000電子負載的輸入端子上（注意電源和負載極性）

-將合適的①電壓探頭并聯在DUT輸出端，探頭連接到示波器的通道1

-將DUT輸入端與供電電源連接

-用電流探頭②卡在DUT輸出端的地線上，電流探頭連接到示波器的通道2

Step2 設定參數

-將DL3000電子負載設定為CC（定電流）模式后，按下前面板的[CON]按鈕即選擇Continual模式，此時屏幕上將會顯示設置向導，如下圖所示

-根據DUT的額定電流設定Range、A/B值和斜率、頻率

設置向導示意

-配置完成后點按[應用]使設定值生效

-將示波器通道1（電壓探頭監測通道）設定為AC耦合，垂直檔位調節到合適范圍（通常是50~100 mV/Div）

-將示波器電流探頭連接在通道2

-示波器的觸發通道選擇為通道2，觸發邊沿選擇為“上升沿觸發”，觸發模式選擇為“普通”模式。

參數設定要點

-A/B值：A值可以選定為DUT的額定電流；B值初始值可以設定為A值的80%，后續根據實際波形適當調節B值

-斜率：斜率通常意味著從A值轉換到B值的電流斜率，斜率越高意味著激勵包含的頻率分量越高，因此建議選擇最大值

-頻率：通常來說1KHz 50%占空比作為初始參數是一個不錯的選擇。在后續測試中可以根據實際波形適當提高/降低

Step3 開始測試

打開DUT供電電源輸出，對DUT上電后點按DL3000電子負載的[Tran]進入連續測試

適當調節示波器

你將可以獲取到較為清晰的測試波形，上圖中通道2為電流探頭測量的電流波形，通道1為DUT輸出端子上的電壓波形。

打開示波器的平均采樣模式，可以獲得低噪聲的瞬態響應測量曲線。

操作要點

如何對測試波形進行分析？

根據實際DUT測試，可能會存在左圖測試波形（嚴重振鈴的電壓波形）

可見此測試中DUT的輸出電壓在跳變過程中存在非常大的振鈴，此振蕩頻率通常在系統的開環傳遞函數在180°交越點所對應的頻率附近。這也意味著系統的相位裕度很小，對此振蕩頻率的阻尼較弱。

通過調整電路參數，可見響應波形逐漸改善，直至最后為右圖所示的響應波形，可見振蕩被快速阻尼，恢復時間也較為合理。此時系統的相位裕度已經較大，可以滿足電源設計的需要。

相位裕度（頻域）和響應波形（時域）存在一定的相關性，在右圖所示的測試波形中，相位裕度在50~60°左右，裕度較大。

如何對測試圖中的一些其他特征進行判別？

1）直流電壓臺階

在測試中可能會出現動態響應A/B值所對應的電壓不一致的情況，如下圖的紅色箭頭指示。此時應該檢查電流負載端子（功率回路）和電壓采樣端子（采樣回路）的連接點是否正確，如果連接正確，則說明此電源電路有相對較差的負載調整率，需要針對性地排查，如測量系統的開環增益是否足夠大。

電壓臺階

2)較大的電壓跌落和過沖

在部分測試中，可能會觀測到具有過大的電壓過沖和跌落特征的波形，這種波形通常更容易出現在線性穩壓電路中。

較大的電壓跌落和過沖(示意圖片)

分析：這種情況的原因通常指向電源的輸出濾波電容，電容的容值選取和整個反饋環路特性嚴重失配、電容的ESR特性劣化/虛焊、布線不合理可能都會導致此現象。一般來說，線性電源器件對輸出電容的容值要求更高。在負載電流迅速突變的情況下，如果輸出濾波電容的容值過小，導致電壓下降的速度遠高于反饋電路控制調整管動作的速度，將會在加載電流時帶來較大的電壓跌落。反之，將會在卸載電流時帶來較大的電壓過沖。

部分電源系統可能需要驅動一些特定的負載裝置，如MOSFET/IGBT驅動電路、閃光燈等裝置，其主要的特點是存在較大的負載突變，其存在時間較短的大功率狀態以及時間較長的空閑（低功率）狀態。由于占空比(Duty Cycle)較低,因此其平均功率較低，在電源設計時，可能會存在電容容量選擇不足的情況。對于這種電路，使用動態響應測試功能可以非常直觀的觀察到電壓的變化，對設計會有很大的幫助。

總結

通過使用DL3000作為測試核心進行動態響應測試，可以快速地完成對電源產品的性能評估。

與動態響應測試類似的測試方式還有伯德圖（Bode Plot.）測試，兩者存在一定的差異——

可見動態響應測試更傾向于定性測試，由于測試非常方便，便于整合進入ATE測試工裝中，因此非常適合在電源生產過程中進行在線測試。

由于DUT的類型較多，因此有必要根據實際需求選擇合適的儀器以備測試使用：