【圖文分析】DCDC電源負(fù)載瞬態(tài)測試-KIA MOS管

下圖是某DCDC轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬態(tài)測試的典型波形，CH3為輸出電壓的AC分量，CH4為負(fù)載電流。注意到負(fù)載電流上升斜率與下降斜率并不相同，較緩的上升斜率對應(yīng)較小的電壓跌落（Undershoot），而陡峭的下降斜率則對應(yīng)較大的電壓過沖（Overshoot）。

電源負(fù)載瞬態(tài)

圖1 負(fù)載動態(tài)典型波形

負(fù)載瞬態(tài)通常使用電子負(fù)載（E-Load）進(jìn)行測試，負(fù)載的跳變斜率（Slew Rate）將對測試結(jié)果產(chǎn)生關(guān)鍵影響，然而受設(shè)備內(nèi)部電路限制，常規(guī)電子負(fù)載所能實現(xiàn)的di/dt不會很高，另外受不同廠家設(shè)計等因素影響，不同型號的電子負(fù)載其能實現(xiàn)的跳變速率也不盡相同；

如下圖2（a）（b）所示，兩圖分別為型號A和B，在同樣設(shè)置2.5A/us時的實際電流上升斜率對比，可以看到實際電流跳變斜率遠(yuǎn)小于設(shè)置值，而不同型號的跳變斜率也不一樣。

這可能導(dǎo)致電源瞬態(tài)測試結(jié)果偏理想，或?qū)Σ煌酒g性能評估不夠客觀。因此，設(shè)計一款簡易實用，負(fù)載跳變斜率可滿足實驗要求的電子負(fù)載具有重要工程意義。

電源負(fù)載瞬態(tài)

圖2（a）型號A 圖2（b）型號B

要實現(xiàn)較高的負(fù)載跳變速率，常規(guī)的設(shè)計思路是使用MOSFET對負(fù)載電阻進(jìn)行開斷，該方法實現(xiàn)雖然簡單，但實際應(yīng)用時存在一個明顯缺點(diǎn)：由于MOSFET的開關(guān)過程一般在百ns級，因此限制負(fù)載電流跳變速率的主要是所選負(fù)載電阻的ESL（等效串聯(lián)電感），一般的滑動變阻器都是屬于繞線型電阻，其ESL往往較大，因此較難實現(xiàn)高跳變速率。

而若選用獨(dú)立的無感功率電阻，假設(shè)測試需要能覆蓋1.8V/3.3V/5V/12V在0.1A/0.5A/1A/2A/3A下的負(fù)載跳變，就需要準(zhǔn)備多達(dá)20種不同阻值的電阻，若電壓/電流組合更復(fù)雜，則所需不同阻值的電阻將更多，且測試電壓或負(fù)載電流改變時必須更換相應(yīng)電阻，十分麻煩。

針對上述傳統(tǒng)方法的不足，本文分享一種基于MOSFET的小功率實用電子負(fù)載。如下圖所示，該設(shè)計主要包括MOSFET，驅(qū)動級，電源軌及脈沖發(fā)生器四部分。

其基本工作原理為：MOSFET并非處于常規(guī)的開關(guān)狀態(tài)，而是使其工作在恒流區(qū)，脈沖發(fā)生器通過DRV8836驅(qū)動MOSFET，產(chǎn)生一定幅值和脈寬的GS電壓，進(jìn)而實現(xiàn)漏極電流（負(fù)載電流）的跳變。

其中負(fù)載電流的幅值可通過調(diào)節(jié)LDO輸出電壓進(jìn)行控制，負(fù)載電流的上升/下降斜率則可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電阻阻值進(jìn)行控制。

電源負(fù)載瞬態(tài)

圖3 系統(tǒng)框圖

設(shè)計中有幾點(diǎn)值得注意：

1. 由于MOSFET處于恒流區(qū)，漏極電流受控于GS電壓，若采用傳統(tǒng)二極管加驅(qū)動電阻的方式進(jìn)行斜率調(diào)節(jié)，當(dāng)GS電壓與驅(qū)動電壓小于二極管正向壓降時，二極管將相當(dāng)于高阻，會使得驅(qū)動回路時間常數(shù)變大，動態(tài)變差，因此這里使用DRV8836的兩個半橋?qū)崿F(xiàn)充放電的獨(dú)立控制；

2. 實際負(fù)載動態(tài)測試需要實現(xiàn)某一電流A跳變到另一電流B，可將其分解為DC電流（電流A）以及AC電流（電流B）。本設(shè)計只需考慮AC電流（跳變部分），DC電流只需在MOSFET兩端并聯(lián)一可調(diào)功率電阻即可；

3. 為減小MOSFET發(fā)熱，可設(shè)置較低的脈沖頻率（如10Hz），而相應(yīng)搭配較低的占空比；

4. 為方便離線運(yùn)行，脈沖發(fā)生器部分這里采用了LMC555定時器搭建脈沖發(fā)生電路，以下電路實現(xiàn)了頻率不變而占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器。兩二極管的加入使得充放電回路分開，調(diào)節(jié)R2即可調(diào)節(jié)充放電時間，從而實現(xiàn)占空比可調(diào)。

充放電時間及脈沖頻率計算如下式：

電源負(fù)載瞬態(tài)