如何供电、加载、以及测试电源管理电路( 一)

为促进电源发展，半导体公司提供了展示电源管理IC典型应用的评估板。这为设计工程师着手一个可行的方案设计提供了机会，也有助于他们理解某个特定的电源管理IC是否能够满足他们的需求。

尽管这些评估板易于使用，但是有些附加的知识却是很重要的。该怎样给评估板供电以及评估板该如何加负载呢？这个问题也许听似简单，但实验室电源的影响、连接到测试板上的导线、使用负载的类型及其连接方式等，这些都是需考虑的重要方面。只有对测试装置有了清晰的理解，设计工程师才能真正意义上使用好评估板或其所拥有的任意测试板。

本文讲述了使用不同的实验室电源和不同的开启方法包括延迟开启、使用电晶体开关开启和插入电缆开启等所带来的影响。说明了不同的开启方法并比较了其各自的优劣。本文将说明针对测试目的的电子负载相对于阻抗负载的影响。尤其是对软启动和短路恢复进行了评估，采用不同的负载类型会有很大的不同。

一个典型实验室装置

图1表明了一个典型的实验室装置。该装置由中间位置的处于测试状态的直流/直流(DC/DC)转换器(评估板)、通过电缆连接的电源(实验室电源)和通过电缆相连的负载(无源阻抗负载或电子负载)组成。

图1：用于测试电源评估板的实验室装置

图2表明了该基本装置的电气等效电路。

图2：实验室电源的电气等效电路

实验室电源所起的作用如同一个典型的电压源。理想的电压源具有少许源阻抗(Z1)。给评估板(待测电路)供电的电缆具有少许感抗和容抗。由于容抗的影响非常 小，所以图2中没有明确的标明容抗。通常，带有香蕉插头的标准实验室电缆采用红黑专线且不粘附在一起，这样可以使得容抗很小。

然而，感抗是相当重要的。交流(AC)电路中的感抗会随着电流流经的闭环区域的增大而增加。将正的(阳极)和负的(阴极)电缆靠近在一起将会降低供电电缆的感抗。测试设备的重要属性是输入电容和输出电容。

由于电源管理评估板需要一个良好的电压源作输入以及它们要在其输出端扮演成一个电压源的角色，因此电源管理评估板典型的具有输入电容和输出电容。阻抗Z2是 DC/DC转换器的阻抗，它有一些对地阻抗，这些对地阻抗占用了电源的所有功耗，而且它还具有输入阻抗和输出阻抗。为简化起见，全部的内阻用Z2表示。

负载电缆将测试电路的输出端和负载连接起来。负载具有输入阻抗Z3，Z3可以从纯阻抗变化成感抗、容抗或二者混合。

启动被测电路

启动被测电路有几种不同的方法。下面是两种最常见的方法和一个简短的评论：

1）开启实验室电源并将供电电缆插入到实验室电源。该方法类似于在电源通道放置了一个继电器(机械开关)或一个电源晶体管。

该方法的问题是被测电路的输入容抗不会被充电。一旦实验室电源的电压加载到了供电电缆，就会在实验室电源输出端和被测电路的输入端之间产生电势差，该电势差就是实验室电源的输出电压Vout。供电电缆的感抗会增大电流，当被测电路的输入电容被完全充满电时达到顶点。如果跨越这些电容的电压和实验室电源的输出 电压相等，那么经过供电电缆的电流将会阻塞或限制Z2所需要的电流。

供电电缆的感抗抑制了瞬时电流变化，其结果是储存在供电电缆感抗的能量促使跨越被测电路输入电容的电压形成过冲。过冲量与LC系统的衰减因数高度相关。电容 实际上具有一些等效串联阻抗(ESR)，这将有助于电压过冲的衰减。具有很小ESR的电容如陶瓷电容具有很低的衰减，由此导致形成更大的电压过冲。曾见证过的跨越输入电容的最大过冲量是实验室电源输出电压的二倍。

图3表明了一个仅带有陶瓷输入电容的LM2676评估板的输入电压，其测试条件是用一个二英尺长的供电电缆通过将“热”供电电缆连接到评估板突然对其供电。

图3：输入节点电压过冲

实验室电源设定为20V，但可发现电压峰值在Cin被完全充满电后达到了34V。由于LM2676的额定输入电压可达到40V，因此被测电路不会受损。

如果我们使用了一个具有较低最大额定输入电压的评估板，或者我们对更高的输入电压做了相同的测试，则Vin上的电压毛刺将会轻易的损坏评估板上的开关稳压管和输入电容。

被测设备的软启动功能无法抑制该过冲，因为软启动仅仅控制了Z2的行为而不能影响到输入电容。该情形也存在于被测设备的使能功能上。除电压过冲的缺陷外，在较高的功率测试中对被测设备的热插拔也可导致直流放电，而且用手插入设备时可能会发生一些接地反弹。

2）利用实验室电源的输出使能按钮启动被测设备。该启动电路的方法通常是测试电源板的一个好方法。该输出使能功能通常包含有软启功能，从而使得供电电压缓慢上 升。但是，一些电源并不具有输出使能按钮。在这种情况下，最好的办法是将实验室电源设置成0V后连接被测电路，然后手动增加实验室电源的电压达到标称供电电压值。

实验室电源通常有一个可调的最大设置电流限制和一个最大功率限制。启动期间，不仅终端负载被供电，而且被测设备的输入电容和输出电容均被充电。理解此点是非 常重要的。由于依赖于最大额定功率以及实验室电源电流的反射行为，所以被测设备也许根本就不可能被上电启动。如果实验室电源的尺度适合以致于最大功率或电 流能力恰好趋于终端负载的标称稳态功率消耗，则有必要在启动期间将不同的能量消耗设备分开。

这些能量消耗包括：

a)被测设备的输入电容。只有实验室电源的软启动功能或手动开启电源能够有影响。

b)被测设备的输出电容。如果待测设备的转换器具有软启动功能，则该负载可在启动期间降低。

c)终端负载。它可能在被测设备启动之后开启，并在被测设备的输出电容充电后运行。

实验室电源最大的困境是当被测设备具有大的输入电容、具有非常短的软启动或不具有软启动、具有大的输出电容、以及连接有终端负载且该负载呈容性的时候。在这样的启动情形下，实验室电源将务必具有处理数倍于装置标称稳态电源的能力。如果实验室电源不能处理该功率，则结果是被测设备将根本不会启动或在边界情况下电源在过了一段时间后才启动。