瞬態(tài)響應(yīng)現(xiàn)象

您注意過在啟動空調(diào)以后屋里的燈光瞬間變暗的情況嗎？這是因為空調(diào)吸收了大量電流，致使供電電壓下降，進(jìn)而導(dǎo)致了燈光變暗。一小段時間之后，電壓還會恢復(fù)正常。直流電源上的輸出阻抗，也會造成類似的電壓瞬變。對電流的需求突然增加時，電源的輸出電壓就會瞬間下降。同理，電流的下降會導(dǎo)致電源電壓突然升高。

什么叫瞬態(tài)響應(yīng)？

瞬態(tài)響應(yīng)是當(dāng)負(fù)載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間，就會造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設(shè)定值。

首先來看一下這個波形（圖１）， 大約 120 mV 的電壓跌落，持續(xù)時間約為 30 uS。這是一個高性能的程控電源的輸出，當(dāng)負(fù)載電流猛然增大時，輸出電壓瞬間的變化情況。

圖1：負(fù)載電流從1 mA 跳變到 500 mA 時，輸出電壓的變化

這是任何電源都存在的問題。當(dāng)負(fù)載吸收電流發(fā)生跳變的瞬間，就會造成電源輸出端的電壓瞬間偏離設(shè)定值。 這個示波器屏幕的截圖（圖1），就是當(dāng)我的一個電源的負(fù)載電流，從1mA 瞬間變化到 500 mA 時， 輸出電壓經(jīng)歷了約 30 uS 瞬間變化。

電源的這個特性，就是我們通常所稱的負(fù)載瞬態(tài)恢復(fù)時間，或者瞬態(tài)響應(yīng)時間。它表征的是，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生突然變化的時候，電源電壓恢復(fù)到設(shè)定范圍內(nèi)所需要的時間。如圖2所示：

圖2：負(fù)載電流突然變化，造成電源電壓出現(xiàn)瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)是電源在負(fù)載的巨大變化中恢復(fù)正常的速度

例如，對于電源 E36312A 來說，當(dāng)電流從 50% 變到 100% 時，其恢復(fù)到 15 mV 的瞬態(tài)響應(yīng)時間是 50 us。通道 1 的最大電流是 5 A，50% 就是 2.5 A。

圖 3：上方顯示的是電流從 50% 升至 100%、然后又返回 50% 所發(fā)生的電流曲線變化。響應(yīng)電壓如下方所示，其中包

圖 4：圖中的輸出電壓顯示了較小的電壓瞬態(tài)變化。

圖 5a：在 E36312A 的通道 1 上進(jìn)行瞬態(tài)測量。在電流從滿負(fù)載減至一半以后，電壓在 30 us內(nèi)恢復(fù)至 15

圖 5b：峰值電壓通常與負(fù)載特性密切相關(guān)，因此不會被表征。切記，要用較短的電線并且雙絞，以便實現(xiàn)更快的瞬態(tài)響應(yīng)。

在表征電源的瞬態(tài)響應(yīng)， 我們通常會考慮 3 點(diǎn)：

1. 負(fù)載的幅度變化，例如，負(fù)載從全負(fù)載的 50%， 跳變到 100% 負(fù)載。對于最大 10 A 輸出電流的電源，就是負(fù)載的電流從 5 A 跳變到了 10 A。

2. 電源從開始變化開始，恢復(fù)到負(fù)載改變前設(shè)定電壓的一定范圍之內(nèi)。需要注意的是，由于負(fù)載的改變和電源的負(fù)載效應(yīng)雙重影響，電源電壓不可能回到負(fù)載改變前的值。這樣，我們就會規(guī)范一個范圍，例如恢復(fù)到負(fù)載改變前電壓的 ±20 mV 之內(nèi)，或 ±0.1% 之內(nèi)。

3. 瞬態(tài)響應(yīng)時間就是電壓恢復(fù)指定電源范圍內(nèi)需要的時間值。

不同的電源就有不同的瞬態(tài)響應(yīng)時間

例如，是德科技 N6705直流電源分析儀中所用的高性能模塊 N6751A高性能自動量程直流電源模塊和精密直流電源模塊 N6761A， 在指標(biāo)中標(biāo)為：

1. 當(dāng)負(fù)載從60% 跳變到100%， 或者從100%跳變到60%時，

2. 電壓恢復(fù)到設(shè)定值的 ± 75 mV

3. 瞬態(tài)響應(yīng)時間：< 100 μs

瞬態(tài)電壓特性是電源本身固有的特性。 電源內(nèi)部有很多的儲能元件，電壓的調(diào)整需要從輸出回讀、比較標(biāo)準(zhǔn)電壓、調(diào)整開關(guān)占空比等一系列過程。提高控制回路的速度，可以提供更短的瞬態(tài)響應(yīng)時間。 但有可能造成輸出非常不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)振蕩，就像我在圖 2 中所示的。因此，具備快速瞬態(tài)響應(yīng)能力的電源，通常為了保證輸出質(zhì)量，就必須采用一些更為先進(jìn)的技術(shù)，從而提升了成本和價格。

如果電壓瞬態(tài)響應(yīng)能力較差，導(dǎo)致電壓跌落/過沖時間過長，幅度過大，直接會造成很多問題。 特別是對于不停快速變化的負(fù)載，如手機(jī)、Wifi、無線傳感器等這些無線通信的設(shè)備和器件， 其變化速度可能已經(jīng)超過電源的瞬態(tài)響應(yīng)能力，就會使電源電壓無法達(dá)到其設(shè)定值，甚至還會造成被測件的自動關(guān)機(jī)或重復(fù)啟動。這會讓測量無法正常進(jìn)行。因此，如果有這種應(yīng)用，就必須考慮采用一個更快響應(yīng)能力的電源。

瞬態(tài)電壓過沖或跌落幅度通常不被表怔, 這是由于該參數(shù)很大程度上取決與負(fù)載的特性。 通常情況下，這個值會小于 1 V。但市面上有些電源的瞬態(tài)響應(yīng)時間過長，如果處理不好，在負(fù)載、電源及導(dǎo)線共同影響下, 過沖電壓可能會達(dá)到 1- 4 V。

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