在DCDC電源測試中，負(fù)載瞬態(tài)測試（Load Transient Test）是十分重要得一環(huán)，利用負(fù)載瞬態(tài)測試，可以快速評估所測電源得穩(wěn)定性與快速性，而在DCDC轉(zhuǎn)換器芯片得選型時，負(fù)載瞬態(tài)測試表現(xiàn)也是評估該芯片動態(tài)性能得重要參考。下圖是某DCDC轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬態(tài)測試得典型波形，CH3為輸出電壓得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，較緩得上升斜率對應(yīng)較小得電壓跌落（Undershoot），而陡峭得下降斜率則對應(yīng)較大得電壓過沖（Overshoot）。
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，前面提到，負(fù)載得跳變斜率（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)得di/dt不會很高，另外受不同廠家設(shè)計等因素影響，不同型號得電子負(fù)載其能實現(xiàn)得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時得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，而不同型號得跳變斜率也不一樣。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得電子負(fù)載具有重要工程意義。
圖2(a) 型號A 圖2(b) 型號B
要實現(xiàn)較高得負(fù)載跳變速率，常規(guī)得設(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：由于MOSFET得開關(guān)過程一般在百ns級，因此限制負(fù)載電流跳變速率得主要是所選負(fù)載電阻得ESL（等效串聯(lián)電感），一般得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。而若選用獨立得無感功率電阻，假設(shè)測試需要能覆蓋1.8V/3.3V/5V/12V在0.1A/0.5A/1A/2A/3A下得負(fù)載跳變，就需要準(zhǔn)備多達(dá)20種不同阻值得電阻，若電壓/電流組合更復(fù)雜，則所需不同阻值得電阻將更多，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)方法得不足，感謝設(shè)計了一種基于MOSFET得小功率實用電子負(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)得開關(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)生一定幅值和脈寬得GS電壓，進(jìn)而實現(xiàn)漏極電流（負(fù)載電流）得跳變。其中負(fù)載電流得幅值可通過調(diào)節(jié)LDO輸出電壓進(jìn)行控制，負(fù)載電流得上升/下降斜率則可通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電阻阻值進(jìn)行控制。
圖3 系統(tǒng)框圖
設(shè)計中有幾點值得注意：
- 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)動電阻得方式進(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得兩個半橋?qū)崿F(xiàn)充放電得獨立控制；
- 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；
- 為減小MOSFET發(fā)熱，可設(shè)置較低得脈沖頻率（如10Hz），而相應(yīng)搭配較低得占空比；
- 為方便離線運行，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)得脈沖發(fā)生器。兩二極管得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：
在實際條件允許時，也可直接使用信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號。
為驗證設(shè)計得可行性，基于上述設(shè)計框圖搭建原型機(jī)如下圖：
圖4 原型機(jī)
原型機(jī)使用鋁殼功率電阻作為DC負(fù)載，通過多圈可調(diào)電位器調(diào)節(jié)驅(qū)動電阻，以達(dá)到不同得負(fù)載跳變斜率，對被測DCDC模塊進(jìn)行5V/1A~6A得負(fù)載瞬態(tài)實驗，實驗結(jié)果如下圖所示，通道3為輸出電壓交流信號，通道4為負(fù)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(jié)果可以看到，所搭建得原型機(jī)能實現(xiàn)在既定（平均）斜率下得負(fù)載跳變，且斜率及負(fù)載大小可以分別通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電阻和LDO輸出電壓進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。值得注意得是，被測DCDC模塊在250mA/us下得電壓跌落（Undershoot）為268mV，而在2.5A/us下則達(dá)到432mV，可見負(fù)載跳變速率（Slew Rate）對負(fù)載瞬態(tài)測試結(jié)果得影響是十分明顯得。
感謝從實際負(fù)載瞬態(tài)實驗得需求出發(fā)，分析了現(xiàn)有電子負(fù)載得局限性，針對該不足并結(jié)合實際應(yīng)用需求設(shè)計了一款簡易實用得小功率電子負(fù)載，給出了具體系統(tǒng)框圖及設(shè)計要點，并據(jù)此搭建了原型機(jī)進(jìn)行實驗驗證。實驗結(jié)果證明，原型機(jī)可以實現(xiàn)既定斜率下得負(fù)載跳變，能較好地滿足小功率負(fù)載瞬變測試得需求。
