在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段，對(duì)于電源輸出進(jìn)行全面而深入的測(cè)試是確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的至關(guān)重要的一步。這一系列的測(cè)試旨在評(píng)估電源輸出在快速變化負(fù)載條件下的表現(xiàn)，以確保在實(shí)際應(yīng)用中電源系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地響應(yīng)各種動(dòng)態(tài)需求。重點(diǎn)我們需要關(guān)注電源上電過(guò)程中過(guò)沖（Overshoot）和下沖（Undershoot）測(cè)試。
在接下來(lái)的內(nèi)容中，我們將深入探討電源工作過(guò)程中異常輸出的測(cè)試方法、測(cè)試條件以及測(cè)試結(jié)果的解讀。通過(guò)全面的測(cè)試和分析，我們旨在為電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支持，確保系統(tǒng)在各種負(fù)載變化下都能夠保持穩(wěn)定和可控的輸出狀態(tài)。這些測(cè)試通常是電源集成電路或電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評(píng)估的一部分。以下是這些測(cè)試的主要內(nèi)容：
電壓上升通道和下降通道測(cè)試：
目標(biāo)：評(píng)估電源在電壓上升和下降時(shí)的響應(yīng)特性。
測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試電源在電壓上升和下降通道中是否存在脈沖尖刺（Glitch）以及負(fù)斜率，這些現(xiàn)象可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。
Overshoot 和 Undershoot 測(cè)試：
目標(biāo)：評(píng)估系統(tǒng)在電壓變化時(shí)是否產(chǎn)生超過(guò)或低于目標(biāo)值的瞬時(shí)過(guò)沖和欠沖。
測(cè)試內(nèi)容：測(cè)量實(shí)際輸出相對(duì)于穩(wěn)態(tài)值的過(guò)沖和欠沖幅度，并評(píng)估恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。
波動(dòng)跌落（Dip）、下電跌落（Sag）和過(guò)電壓（Surge）測(cè)試：
目標(biāo)：評(píng)估電源在穩(wěn)態(tài)后是否存在波動(dòng)跌落、下電跌落或過(guò)電壓。
測(cè)試內(nèi)容：測(cè)量電源在穩(wěn)態(tài)時(shí)的波動(dòng)跌落、下電跌落和過(guò)電壓，以及這些現(xiàn)象的幅度和持續(xù)時(shí)間。
這些測(cè)試旨在確保電源在面對(duì)不同工作條件和負(fù)載變化時(shí)能夠提供穩(wěn)定、可靠的電壓輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，電源的性能對(duì)于連接到其輸出的電子設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。通過(guò)進(jìn)行這些測(cè)試，設(shè)計(jì)者能夠優(yōu)化電源系統(tǒng)，確保其在各種工作條件下都能夠穩(wěn)定可靠地工作。
測(cè)試目的驗(yàn)證待測(cè)電源在開(kāi)/關(guān)機(jī)時(shí)，輸出電壓及信號(hào)是否符合規(guī)格要求(考察反饋設(shè)計(jì)是否欠阻尼或過(guò)阻尼)：是否有電壓過(guò)沖, 是否有電壓回落, 是否有震蕩、震鈴。
輸入：規(guī)格中定義的最小及最大輸入交/直流電壓，最小及最大交流頻率
輸出：規(guī)格中定義的最小及最大輸出負(fù)載
溫度：最低工作溫度，常溫及最高工作溫度
1、測(cè)試步驟
1）依規(guī)格要求設(shè)定最低環(huán)境工作溫度，最小輸入電壓/頻率及最大負(fù)載；
2）以待測(cè)電源提供的各種開(kāi)/關(guān)機(jī)方式開(kāi)/關(guān)機(jī)(如AC on/off, Remote on/off), 觀察各路輸出及信號(hào)線(xiàn)狀況并記錄測(cè)試波形(如下圖所示):
電壓進(jìn)入上升通道之前以及電壓下降到10%之后，是否有Glitch（脈沖尖刺）。電壓上升沿和下降沿有無(wú)負(fù)斜率出現(xiàn)。有無(wú)Overshoot、Undershoot，若有，則以實(shí)際輸出穩(wěn)態(tài)值為基準(zhǔn)，測(cè)量Vovershoot、Vundershoot及恢復(fù)時(shí)間Tr（Tr：從第一個(gè)過(guò)沖最大值開(kāi)始到輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間），進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后是否有波動(dòng)跌落(Dip)、下電跌落（Sag)和過(guò)沖(Surge)，如圖15.10所示
"Glitch"是指毛刺，它指的是瞬時(shí)的、短暫的電子或數(shù)字系統(tǒng)中的故障或干擾，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作或不尋常的行為。"glitch"通常描述了一個(gè)短暫的、非預(yù)期的信號(hào)波動(dòng)或系統(tǒng)行為，這種現(xiàn)象可能是由于電磁干擾、電源噪聲、信號(hào)間干擾等原因引起的。
過(guò)沖（Overshoot）和下沖（Undershoot）
過(guò)沖測(cè)試（Overshoot Testing）：
目標(biāo)：過(guò)沖測(cè)試的主要目標(biāo)是評(píng)估系統(tǒng)在輸入信號(hào)發(fā)生快速變化時(shí)是否產(chǎn)生超過(guò)目標(biāo)值的瞬時(shí)過(guò)沖。
性能評(píng)估：測(cè)試系統(tǒng)在輸入信號(hào)變化時(shí)，是否在達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值之前產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)沖。
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：對(duì)于控制系統(tǒng)，過(guò)沖測(cè)試關(guān)注系統(tǒng)響應(yīng)是否受到適當(dāng)?shù)目刂?，以避免超過(guò)目標(biāo)值。
信號(hào)處理：在信號(hào)處理系統(tǒng)中，過(guò)沖測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)信號(hào)變化的處理能力。
下沖測(cè)試（Undershoot Testing）：
目標(biāo)：下沖測(cè)試的主要目標(biāo)是評(píng)估系統(tǒng)在輸入信號(hào)發(fā)生快速變化時(shí)是否產(chǎn)生低于目標(biāo)值的瞬時(shí)欠沖。
性能評(píng)估：測(cè)試系統(tǒng)在輸入信號(hào)變化時(shí)，是否在達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值之前產(chǎn)生瞬時(shí)欠沖。
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：對(duì)于控制系統(tǒng)，下沖測(cè)試關(guān)注系統(tǒng)響應(yīng)是否受到適當(dāng)?shù)目刂?，以避免低于目?biāo)值。
信號(hào)處理：在信號(hào)處理系統(tǒng)中，下沖測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)信號(hào)變化的處理能力。
這兩個(gè)測(cè)試都涉及到系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)信號(hào)變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)合理的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制器算法和穩(wěn)定性分析，可以最小化過(guò)沖和欠沖的影響，確保系統(tǒng)在面對(duì)快速變化的輸入信號(hào)時(shí)表現(xiàn)穩(wěn)定、可靠。
"Sag" 和"Dip" 是在電力系統(tǒng)領(lǐng)域中用于描述電壓降低的兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，它們通常用來(lái)表示瞬時(shí)的電壓下降。盡管它們?cè)谀承┥舷挛闹锌赡鼙挥米魍x詞，但在一些情況下，它們可能具有一些微妙的區(qū)別。
Sag:"Sag" 指的是電壓短暫降低的現(xiàn)象，通常在數(shù)周期內(nèi)可見(jiàn)。Sag 可能是由于電源故障、瞬時(shí)過(guò)載、設(shè)備故障或其他突發(fā)事件引起的。它是一種瞬時(shí)的電壓不穩(wěn)定性。一般Sag指電壓跌落低于Vout的5%。
Dip:"Dip" 也是指電壓的短暫降低，與Sag 類(lèi)似。然而，有時(shí) "Dip" 可能更廣泛地用于表示瞬時(shí)的電壓不穩(wěn)定，包括電壓的短時(shí)降低和波動(dòng)。
"Overshoot"和 "Surge" 的中文分別是 "過(guò)沖" 和 "過(guò)電壓"。
過(guò)沖("Overshoot"):
"過(guò)沖" 主要用于描述控制系統(tǒng)、信號(hào)處理等領(lǐng)域中的現(xiàn)象，指的是響應(yīng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)或目標(biāo)值之前，短暫地超過(guò)了目標(biāo)值的情況。在電路、機(jī)械系統(tǒng)等方面，也可能用于描述類(lèi)似的現(xiàn)象。這與控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和響應(yīng)特性有關(guān)。指的是響應(yīng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)或目標(biāo)值之前，短暫地超過(guò)了目標(biāo)值的情況。在控制系統(tǒng)中，過(guò)度沖過(guò)目標(biāo)值可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定或振蕩。
過(guò)電壓("Surge"):
"過(guò)電壓" 主要用于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，描述電壓瞬時(shí)上升的現(xiàn)象。過(guò)電壓可能是由于電源突然斷開(kāi)、突然的負(fù)載變化、雷擊等原因引起的瞬時(shí)電壓波動(dòng)。這與電力系統(tǒng)中設(shè)備保護(hù)和穩(wěn)定性有關(guān)。通常用于描述電力系統(tǒng)中電源電壓瞬時(shí)上升的現(xiàn)象。這可能是由于電源突然斷開(kāi)、突然的負(fù)載變化或其他原因引起的瞬時(shí)電壓波動(dòng)。在電力系統(tǒng)中，過(guò)沖可能會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成損害，因此在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)時(shí)通常需要采取措施來(lái)抑制過(guò)沖。
3）依次改變測(cè)試條件(輸出負(fù)載，輸入電壓/頻率及環(huán)境溫度)，重復(fù)步驟2。
2、判定條件
（1）待測(cè)電源正常開(kāi)/關(guān)機(jī)且不會(huì)損壞；
（2）各路輸出及信號(hào)線(xiàn)上不可有Glitch出現(xiàn)；
（3）各路輸出的Overshoot、Undershoot以及調(diào)整時(shí)間Tr1(包括震蕩/震鈴)符合規(guī)格設(shè)計(jì)要求；
（4）各路輸出及信號(hào)線(xiàn)上Dip/Sag/Surge仍然符合設(shè)計(jì)規(guī)范(如穩(wěn)壓要求及邏輯信號(hào)高低電平規(guī)范)。
3、改善措施
（1）對(duì)Glitch，需要檢查電源內(nèi)部控制芯片的啟動(dòng)時(shí)序；有時(shí)，這一問(wèn)題也可能是芯片設(shè)計(jì)不良造成；
（2）對(duì)負(fù)斜率的出現(xiàn)：
① 檢查電源內(nèi)部不同電流回路的啟動(dòng)時(shí)序(如風(fēng)扇啟動(dòng))，
② 觀察PWM脈沖變化狀況，以確定是否需要調(diào)整反饋電路；
（3）對(duì)Overshoot及Undershoot，調(diào)整反饋電路的阻尼系數(shù)。
測(cè)試結(jié)果的讀?。赫{(diào)節(jié)好Slew Rate后，按測(cè)試工作表中的測(cè)試項(xiàng)， 打開(kāi)負(fù)載后，測(cè)試電壓輸出是否過(guò)沖。將測(cè)試結(jié)果（過(guò)沖電壓Vovershoot、過(guò)沖時(shí)間tos）填到表格中。
此處可以看到，我們關(guān)注Overshoot時(shí)，需要關(guān)注電壓和時(shí)間。相當(dāng)于，需要關(guān)注超過(guò)額定電壓的持續(xù)時(shí)間，造成的能量累計(jì)的結(jié)果。
如何利用輸出電感和輸出電容，調(diào)整Overshoot和Undershoot。
1）電感值：影響紋波電流及電源動(dòng)態(tài)調(diào)整的性能。輸出電感的選擇是紋波電流（output current ripple）和效率的折中考慮。電感的感值可以用如下公式計(jì)算：
Fsw為開(kāi)關(guān)頻率?！鱅out為輸出紋波電流。
2）由上面公式可知，電感的感值越大，輸出紋波電流就越小。但帶來(lái)問(wèn)題是動(dòng)態(tài)響應(yīng)（response time）變慢。如果電感感值較小，如果想輸出電壓的紋波也小，就需要提高開(kāi)關(guān)頻率，這樣MOS管上的開(kāi)關(guān)損耗就增加，電路效率下降。
3）比較合理的選擇是設(shè)置ripple current △Iout=0.3Iout。如果需要較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，例如X86處理器的Core電源等。L值可往偏小選取，一般在150nH－250nH之間。如果對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)無(wú)特殊要求，L值可往大選取，一般可選600nH以上，以得到較小的紋波電流。
輸出電容是為了控制輸出電壓的紋波和提供負(fù)載瞬時(shí)電流的。
靜態(tài)情況下，主要考慮電壓紋波△V。影響比較大的是輸出電容的ESR，ESR的最大值跟輸出電壓紋波和紋波電流有關(guān)系。
當(dāng)電感選定以后，△Iout可以計(jì)算?？芍绻枰^小的電壓紋波，輸出電容的ESR也要比較小。
輸出電容應(yīng)該由大容量的鋁固體電容或坦電容和小容量的陶瓷電容搭配使用。
電容的容量要考慮能提供短暫的續(xù)流能力，保證在負(fù)載動(dòng)態(tài)變化較大時(shí)能正常工作。
選用0.47μH電感時(shí)，電感紋波電流為2.6A,若為1μH, 紋波電流則為1.2A，輸出電壓紋波會(huì)降低。
另一方面，動(dòng)態(tài)性能會(huì)降低， 負(fù)載動(dòng)態(tài)跳變時(shí)(這里應(yīng)用滿(mǎn)載跳空載，同樣的輸出電壓過(guò)沖Vover)，使用更大電感需要更多的輸出電容來(lái)抑制過(guò)沖。
如Vover=30mV, Itran(max)=6A, Vout=1V。
則L=0.47μH時(shí)，需要的電容量為：Cout(min)=564μF。
若L=1μH時(shí)，需要的電容量為：Cout(min)=1200μF。(實(shí)際DSP的負(fù)載跳變沒(méi)有這么大，選用2個(gè)470μF)。
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