什么是瞬态响应？

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瞬态响应现象

您注意过在启动空调以后屋里的灯光瞬间变暗的情况吗？这是因为空调吸收了大量电流，致使供电电压下降，进而导致了灯光变暗。一小段时间之后，电压还会恢复正常。直流电源上的输出阻抗，也会造成类似的电压瞬变。对电流的需求突然增加时，电源的输出电压就会瞬间下降。同理，电流的下降会导致电源电压突然升高。

什么叫瞬态响应？

瞬态响应是当负载吸收电流发生跳变的瞬间，就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。

首先来看一下这个波形（图１）， 大约 120 mV 的电压跌落，持续时间约为 30 uS。这是一个高性能的程控电源的输出，当负载电流猛然增大时，输出电压瞬间的变化情况。

图1：负载电流从1 mA 跳变到 500 mA 时，输出电压的变化

这是任何电源都存在的问题。当负载吸收电流发生跳变的瞬间，就会造成电源输出端的电压瞬间偏离设定值。 这个示波器屏幕的截图（图1），就是当我的一个电源的负载电流，从1mA 瞬间变化到 500 mA 时， 输出电压经历了约 30 uS 瞬间变化。

电源的这个特性，就是我们通常所称的负载瞬态恢复时间，或者瞬态响应时间。它表征的是，当负载电流发生突然变化的时候，电源电压恢复到设定范围内所需要的时间。如图2所示：

图2：负载电流突然变化，造成电源电压出现瞬态响应

瞬态响应是电源在负载的巨大变化中恢复正常的速度

例如，对于电源 E36312A 来说，当电流从 50% 变到 100% 时，其恢复到 15 mV 的瞬态响应时间是 50 us。通道 1 的最大电流是 5 A，50% 就是 2.5 A。

图 3：上方显示的是电流从 50% 升至 100%、然后又返回 50% 所发生的电流曲线变化。响应电压如下方所示，其中包

图 4：图中的输出电压显示了较小的电压瞬态变化。

图 5a：在 E36312A 的通道 1 上进行瞬态测量。在电流从满负载减至一半以后，电压在 30 us内恢复至 15

图 5b：峰值电压通常与负载特性密切相关，因此不会被表征。切记，要用较短的电线并且双绞，以便实现更快的瞬态响应。

在表征电源的瞬态响应， 我们通常会考虑 3 点：

• 负载的幅度变化，例如，负载从全负载的 50%， 跳变到 100% 负载。对于最大 10 A 输出电流的电源，就是负载的电流从 5 A 跳变到了 10 A。
• 电源从开始变化开始，恢复到负载改变前设定电压的一定范围之内。需要注意的是，由于负载的改变和电源的负载效应双重影响，电源电压不可能回到负载改变前的值。这样，我们就会规范一个范围，例如恢复到负载改变前电压的 ±20 mV 之内，或 ±0.1% 之内。
• 瞬态响应时间就是电压恢复指定电源范围内需要的时间值。
  

不同的电源就有不同的瞬态响应时间

例如，是德科技 N6705直流电源分析仪中所用的高性能模块 N6751A高性能自动量程直流电源模块和精密直流电源模块 N6761A， 在指标中标为：

• 当负载从60% 跳变到100%， 或者从100%跳变到60%时，
• 电压恢复到设定值的 ± 75 mV
• 瞬态响应时间：< 100 μs
  

瞬态电压特性是电源本身固有的特性。 电源内部有很多的储能元件，电压的调整需要从输出回读、比较标准电压、调整开关占空比等一系列过程。提高控制回路的速度，可以提供更短的瞬态响应时间。 但有可能造成输出非常不稳定，甚至出现振荡，就像我在图 2 中所示的。因此，具备快速瞬态响应能力的电源，通常为了保证输出质量，就必须采用一些更为先进的技术，从而提升了成本和价格。

如果电压瞬态响应能力较差，导致电压跌落/过冲时间过长，幅度过大，直接会造成很多问题。 特别是对于不停快速变化的负载，如手机、Wifi、无线传感器等这些无线通信的设备和器件， 其变化速度可能已经超过电源的瞬态响应能力，就会使电源电压无法达到其设定值，甚至还会造成被测件的自动关机或重复启动。这会让测量无法正常进行。因此，如果有这种应用，就必须考虑采用一个更快响应能力的电源。

瞬态电压过冲或跌落幅度通常不被表怔, 这是由于该参数很大程度上取决与负载的特性。 通常情况下，这个值会小于 1 V。但市面上有些电源的瞬态响应时间过长，如果处理不好，在负载、电源及导线共同影响下, 过冲电压可能会达到 1- 4 V。

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