电源输出的Overshoot和Undershoot 测试

测试目的验证待测电源在开/关机时，输出电压及信号是否符合规格要求(考察反馈设计是否欠阻尼或过阻尼)：
- 电压过冲,
- 电压回落,
- 震荡、震铃。

测试条件及示意图- 输入：规格中定义的最小及最大输入交/直流电压，最小及最大交流频率
- 输出：规格中定义的最小及最大输出负载
- 温度：最低工作温度，常温及最高工作温度

 

测试步骤 :

1）依规格要求设定最低环境工作温度，最小输入电压/频率及最大负载；
2）以待测电源提供的各种开/关机方式开/关机(如AC on/off, Remote on/off), 观察各路输出及信号线状况并记录测试波形(如下图所示):

 电压进入上升通道之前以及电压下降到10%之后，是否有Glitch（脉冲尖刺）

 电压上升沿和下降沿有无负斜率出现

- 有无Overshoot、Undershoot，若有，则以实际输出稳态值为基准，测量Vovershoot、Vundershoot及恢复时间Tr（Tr：从第一个过冲最大值开始到输出进入稳态值所需时间），

- 进入稳态后是否有电压跌落(Dip、Sag)和过冲(Surge)；

3）依次改变测试条件(输出负载，输入电压/频率及环境温度)，重复步骤2。

判定条件- 待测电源正常开/关机且不会损坏；

- 各路输出及信号线上不可有Glitch出现；

- 各路输出的Overshoot、Undershoot以及调整时间Tr1(包括震荡/震铃)符合规格设计要求；

- 各路输出及信号线上Dip/Sag/Surge仍然符合设计规范(如稳压要求及逻辑信号高低电平规范)。

改善方向参考：

- 对Glitch，需要检查电源内部控制芯片的启动时序；有时，这一问题也可能是芯片设计不良造成；

- 对负斜率的出现：

* 检查电源内部不同电流回路的启动时序(如风扇启动)，

* 观察PWM脉冲变化状况，以确定是否需要调整反馈电路；

- 对Overshoot及Undershoot，调整反馈电路的阻尼系数。

‍测试结果的读取：调节好Slew Rate后，按测试工作表中的测试项， Enable Load 后，测试电压输出是否过冲。将测试结果（过冲电压Vovershoot、过冲时间tos）填到表格中。

此处可以看到，我们关注Overshoot时，需要关注电压和时间。相当于，需要关注超过额定电压的持续时间，造成的能量累计的结果。

Vcc电压瞬间反应实测波形：

如何利用输出电感和输出电容，调整Overshoot和Undershoot 

输出电感

等效电阻：影响效率

电感值：影响纹波电流及电源动态调整的性能

1、输出电感的选择是纹波电流（output current ripple）和效率的折中考虑。电感的感值可以用如下公式计算：

Fsw为开关频率。△Iout为输出纹波电流。

2、由上面公式可知，电感的感值越大，输出纹波电流就越小。但带来问题是动态响应（response time）变慢。如果电感感值较小，如果想输出电压的纹波也小，就需要提高开关频率，这样MOS管上的开关损耗就增加，电路效率下降。

3、比较合理的选择是设置ripple current △Iout=0.3Iout。如果需要较好的动态响应，例如X86处理器的Core电源等。L值可往偏小选取，一般在150nH－250nH之间。如果对动态响应无特殊要求，L值可往大选取，一般可选600nH以上，以得到较小的纹波电流。

输出电容是为了控制输出电压的纹波和提供负载瞬时电流的。

静态情况下，主要考虑电压纹波△V。影响比较大的是输出电容的ESR，ESR的最大值跟输出电压纹波和纹波电流有关系。

当电感选定以后，△Iout可以计算。可知如果需要较小的电压纹波，输出电容的ESR也要比较小。

输出电容应该由大容量的铝固体电容或坦电容和小容量的陶瓷电容搭配使用。

电容的容量要考虑能提供短暂的续流能力，保证在负载动态变化较大时能正常工作。

选用0.47uH电感时，电感纹波电流为2.6A,若为1uH, 纹波电流则为1.2A，输出电压纹波会降低。

另一方面，动态性能会降低， 负载动态跳变时(这里应用满载跳空载，同样的输出电压过冲Vover)，使用更大电感需要更多的输出电容来抑制过冲。

如Vover=30mV, Itran(max)=6A, Vout=1V,

则L=0.47uH时，需要的电容量为：Cout(min)=564uF.

若L=1uH时，需要的电容量为：Cout(min)=1200uF.(实际DSP的负载跳变没有这么大，选用2个470uF) 

本文部分内容引用《信号完整性》公众号《电源输出的Overshoot和Undershoot 测试》