圖1 負載動態典型波形

 

負載瞬態通常使用電子負載（E-Load）進行測試
，前麵提到，負載的跳變斜率（Slew Rate）將對測試結果產生關鍵影響，然而受設備內部電路限製，常規電子負載所能實現的di/dt不會很高，另外受不同廠家設計等因素影響，不同型號的電子負載其能實現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，在同樣設置2.5A/us時(shi)的(de)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)上(shang)升(sheng)斜(xie)率(lv)對(dui)比(bi)，可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)跳(tiao)變(bian)斜(xie)率(lv)遠(yuan)小(xiao)於(yu)設(she)置(zhi)值(zhi)
，而(er)不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)的(de)跳(tiao)變(bian)斜(xie)率(lv)也(ye)不(bu)一(yi)樣(yang)。這(zhe)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)瞬(shun)態(tai)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)偏(pian)理(li)想(xiang)
，或(huo)對(dui)不(bu)同(tong)芯(xin)片(pian)之(zhi)間(jian)性(xing)能(neng)評(ping)估(gu)不(bu)夠(gou)客(ke)觀(guan)。因(yin)此(ci)
，設(she)計(ji)一(yi)款(kuan)簡(jian)易(yi)實(shi)用(yong)，負(fu)載(zai)跳(tiao)變(bian)斜(xie)率(lv)可(ke)滿(man)足(zu)實(shi)驗(yan)要(yao)求(qiu)的(de)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)工(gong)程(cheng)意(yi)義(yi)。

 

 

圖2(a) 型號A      圖2(b) 型號B

 

要實現較高的負載跳變速率，常規的設計思路是使用MOSFET對負載電阻進行開斷
，該方法實現雖然簡單

，但實際應用時存在一個明顯缺點：由於MOSFET的開關過程一般在百ns級
，因此限製負載電流跳變速率的主要是所選負載電阻的ESL（等效串聯電感）
，一般的滑動變阻器都是屬於繞線型電阻，其ESL往往較大，因此較難實現高跳變速率。而若選用獨立的無感功率電阻，假設測試需要能覆蓋1.8V/3.3V/5V/12V在0.1A/0.5A/1A/2A/3A下的負載跳變
，就需要準備多達20種不同阻值的電阻，若電壓/電流組合更複雜，則所需不同阻值的電阻將更多
，且測試電壓或負載電流改變時必須更換相應電阻，十分麻煩。

 

針對上述傳統方法的不足，本文設計了一種基於MOSFET的小功率實用電子負載。如下圖所示，該設計主要包括MOSFET

，驅動級
，電源軌及脈衝發生器四部分。其基本工作原理為：MOSFET並非處於常規的開關狀態
，而是使其工作在恒流區，脈衝發生器通過DRV8836驅動MOSFET，產生一定幅值和脈寬的GS電壓，進而實現漏極電流（負載電流）的跳變。其中負載電流的幅值可通過調節LDO輸出電壓進行控製，負載電流的上升/下降斜率則可通過調節驅動電阻阻值進行控製。

 

圖3 係統框圖

 

設計中有幾點值得注意：

 

1. 由於MOSFET處於恒流區
，漏極電流受控於GS電壓
，若采用傳統二極管加驅動電阻的方式進行斜率調節，當GS電壓與驅動電壓小於二極管正向壓降時，二極管將相當於高阻
，會使得驅動回路時間常數變大，動態變差
，因此這裏使用DRV8836的兩個半橋實現充放電的獨立控製；

 

2. 實際負載動態測試需要實現某一電流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）。本設計隻需考慮AC電流（跳變部分），DC電流隻需在MOSFET兩端並聯一可調功率電阻即可；

 

3. 為減小MOSFET發熱，可設置較低的脈衝頻率（如10Hz），而相應搭配較低的占空比
；

 

4. 為方便離線運行，脈衝發生器部分這裏采用了LMC555定時器搭建脈衝發生電路，以下電路實現了頻率不變而占空比可調的脈衝發生器。兩二極管的加入使得充放電回路分開
，調節R2即可調節充放電時間，從而實現占空比可調。充放電時間及脈衝頻率計算如下式：

 

 

在實際條件允許時，也可直接使用信號發生器產生脈衝信號。

 

為驗證設計的可行性，基於上述設計框圖搭建原型機如下圖：

 

圖4 原型機

 

原型機使用鋁殼功率電阻作為DC負載，通過多圈可調電位器調節驅動電阻，以達到不同的負載跳變斜率

，對被測DCDC模塊進行5V/1A~6A的負載瞬態實驗
，實驗結果如下圖所示
，通道3為輸出電壓交流信號，通道4為負載電流：

 

圖5(a) 125mA/us      圖5(b) 250mA/us

 

圖5(c) 2.5A/us           圖5(d) 2.5A/us Zoom In

 

從實驗結果可以看到，所搭建的原型機能實現在既定（平均）斜率下的負載跳變，且斜率及負載大小可以分別通過調節驅動電阻和LDO輸出電壓進行連續調節。值得注意的是
，被測DCDC模塊在250mA/us下的電壓跌落（Undershoot）為268mV，而在2.5A/us下則達到432mV
，可見負載跳變速率（Slew Rate）對負載瞬態測試結果的影響是十分明顯的。

 

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