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开关电源的动态负载

2024年11月05日

开关电源的动态负载特性是指在不同负载条件下,开关电源的输出电压Vout和电流Iload如何变化以及其对负载变化的响应能力(负载适应性)。

它描述了开关电源在负载变化时的稳定性和性能。



 

 

虽然产品规格书上多数参数都是在静态负载条件下测试得到的,但开关电源是给各种电子设备供电的,当涉及到电磁阀,调光器,电机驱动器这些装置时,就会遇到动态负载

即使在负载电流发生瞬变(动态)时,设备内的电子电路也需要开关电源输出电压在一定范围内保持稳定,以确保电路的正常工作。

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SWITCHING POWER SUPPLY


 

 

一般而言,开关电源调节电路感知到负载变化到做出调节会有一个延迟时间,然后输出恢复稳定状态。

如下图所示,在脉冲负载电流(Iload)突然变大至Io-max时,输出电压会有一个下跌到Vo-min,叫输出电压下冲(Vundershoot);经过一段时间,负载电流(Iload)突然变小到Io-min,输出电压会有一个上升至Vo-max,叫输出电压过冲(Vovershoot)。


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像这种动态电压电流,使用万用表是不能测出准确数据的,需要用示波器配合差分探头及电流探头才能准确测量,普通探头可能会有一定误差。

为了应对使用中广泛存在动态负载情况,开关电源在设计时会选择一些有代表的电流、频率和负载占空比进行动态测试。


SWITCHING POWER SUPPLY


 

 

如:衡孚HF100W-LSE-12B这款100W的开关电源,进行了4项动态测试:

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负载能力是脉冲电流小和大值设为额定8.5A的10%~100%,10%~150%,10%~200%;

工作时间是小电流和大电流的加载时间,周期分别为1mS(频率1KHz),10mS(频率100Hz)。占空比有50%、20%、10%几种设置;

上冲电压就是过冲电压,小于额定电压的5%;

跌落电压为下冲电压,大电流为100%时小于额定电压的5%,大电流为150%、200%时小于额定电压的10%。


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总结

即便在产品设计时做了代表性的动态负载方案,但实际应用时仍然会出现开关电源与用户设备工作不匹配情况,可表现出输出电压波动大,电源发出啸叫,引起开关电源内的保护功能被触发造成宕机等。


当出现开关电源产品与设备不匹配时,可时间用示波器测量输出电压,输出电流波形,同时给出设备能接受的电压温度度,电源供应厂家的工程师就可以根据上述示波器波形了解设备的动态负载数据,用电子负载模拟,对电源的反馈调节电路进行参考调整,一般都能解决问题。



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