СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2013

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2013 Как конденсаторы затрудняют тестирование при изменении постоянного напряжения питания При проведении тестовых испытаний разработчики нередко сталкиваются с техническими противоречиями, например, при изменении постоянного напряжения питания. Автор статьи поможет разобраться с данной задачей и укажет пути её решения. Боб Золло, Agilent Technologies Inc. Зачастую инженерам приходится сталкиваться с противоречивыми кон- структивными требованиями. Напри- мер, устройству необходим входной конденсатор, сглаживающий пульса- ции и обеспечивающий чистое пита- ние для схемы. Но в ходе испытаний устройство нужно подвергнуть воз- действию переходных процессов, чтобы узнать, сможет ли оно противо- стоять флуктуациям входного напря- жения. Для этого приходится быстро изменять напряжение питания, ими- тируя шум и флуктуации источника. Однако присутствие на входе тести- руемого устройства конденсатора большой ёмкости затрудняет быстрые изменения напряжения, ведь этот конденсатор как раз и предназначен для подавления быстрых изменений напряжения. Налицо конфликт – как изменить напряжение в ходе испыта- ний, если конденсатор не даёт этого сделать? Для тестирования устройства в усло- виях переходных процессов нужно воспользоваться источником питания, способным быстро изменять выходное напряжение. Ключевые характеристи- ки, на которые нужно обратить вни- мание, перечислены в первом столб- це таблицы. Однако если разработчи- ка интересует не только повышение напряжения вверх, то необходимо учесть и скорость снижения напряже- ния, которую может обеспечить источ- ник питания. Для быстрого снижения напряжения нужен источник питания, способный потреблять ток разряда конденсатора большой ёмкости, вклю- чённого во входную цепь тестируемо- го устройства. Другим словами, необ- ходим источник питания со схемой принудительного снижения напря- жения на выходе или источник пита- ния, способный работать в 2 квадран- тах (подавать и потреблять ток) или даже в 4 квадрантах. Обратите внима- ние, что быстрое изменение напряже- ния вовсе не связано со способностью 4-квадрантного источника питания менять напряжение с плюса на минус. Именно способность потреблять ток (т.е. работать в квадранте с положи- тельным напряжением и отрицатель- ным током) позволяет 4-квадрантно- му источнику питания быстро снижать напряжение на входном конденсато- ре тестируемого устройства. Чтобы определить, достаточной ли скоро- стью снижения напряжения обладает исследуемый источник питания, оце- ните параметры, перечисленные во втором столбце таблицы. После того как разработчик выбрал быстродействующий источник пита- ния, способный быстро заряжать и разряжать входной конденсатор тестируемого устройства, нужно учесть и другие факторы. Переходной процесс на конденсаторе описывает- ся формулой: I = C × d V /d t . Для быстро- го изменения напряжения с необхо- димой скоростью нужен большой ток. Если требуется изменять напряжение быстрее, значение d V /d t становится больше и, следовательно, растёт ток. Растёт ток и с увеличением ёмкости конденсатора. Поскольку ток опре- деляется произведением ёмкости C на скорость изменения напряжения d V /d t , он может достигать большой величины, если необходимо быстро изменять напряжение на большом конденсаторе. Далее приведены неко- торые примеры. Пример 1. Зарядка полностью разряженного конденсатора В начальный момент времени, ког- да напряжение подаётся на полно- стью разряженный конденсатор, он представляет собой перемычку. Источник питания не сможет мгно- венно поднять напряжение до нуж- ного значения («мгновенно» озна- чает, что значение d V/ d t стремится к бесконечности, а следовательно, бесконечным становится и требуе- мый ток), поэтому источник пита- ния переходит в режим ограничения тока. Если источник питания может работать в режиме источника напря- жения (CV) и источника тока (CC), то он перейдёт из режима CV в режим CC и будет заряжать конденсатор посто- янным током. Напряжение на конден- саторе будет линейно возрастать, пока не достигнет значения CV, установ- ленного на источнике питания. Затем источник питания вернётся в режим CV и продолжит работу в заданном режиме (см. рис.). Это может прои- зойти так быстро, что исследователь даже не заметит перехода из режима CV в режим CC, заряда конденсато- ра и возврата в режим CV. Если есть потребность в том, чтобы наблюдать этот процесс, придётся настроить Таблица. Динамические характеристики источника питания Столбец 1: Обратите внимание на эти параметры, чтобы узнать, насколько быстро источник питания может повышать напряжение от НИЖНЕГО до ВЕРХНЕГО значения Столбец 2: Обратите внимание на эти параметры, чтобы узнать, насколько быстро источник питания может снижать напряжение от ВЕРХНЕГО до НИЖНЕГО значения Скорость установления Скорость снижения напряжения Время установления Время установления при снижении напряжения Скорость нарастания напряжения Время спада/снижения напряжения Время установления при нарастании напряжения Время нарастания напряжения © СТА-ПРЕСС