帮助你了解电源(12) 泡泡动态测试8问

   

    泡泡网机箱电源频道3月10日 这次测试的目的是：改进之前的动态负载测试方法。先来看看同事们关于动态负载测试提出的疑问。

    Q0：什么是好电源？
    A0：稳定的电源。

    Q1：什么叫稳定的电源？
    A1：输出电压纹丝不动，比如给CPU的电压总是12.000V。

    Q2：上一行说的那么稳定的电源，有卖么？
    A2：没有。

    Q3：那怎么办？
    A3：买电压变化小的电源。

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    Q4：动态测试是什么？
    A4：设置两个瓦数，让电源在这两个状态快速切换。

    Q6：怎么测试动态？
    A6：12V和5V分别测试。

    Q7：12V怎么测动态？
    A7：见这张表12V动态测试

    Q8：5V怎么测动态？
    A8：见这张表5V动态测试

    Q9：动态测试怎么看性能好坏？
    A9：看这个动态过程中的电压浮动值，浮动值包含3部分，我们只需用第3部分来衡量动态性能。

    Q10：哪3个部分？
    A10：1 寄生电感造成的电压尖刺；
         2 静态压差；
         3 动态过程中产生电压过冲和下冲的浮动

    Q11：什么是寄生电感造成的电压尖刺？
    A11：看第二页

    Q12：什么是静态压差？
    A12：看第三页

    Q13：什么是动态过程中产生电压过冲和下冲的浮动
    A13：看第三页

    Q11：什么是寄生电感造成的电压尖刺？

    A11：首先要明确“尖刺”，它描述的是电压突然变化的情况，我们来看一个例子。

电感尖刺

    尖刺的出现并不是电源中的某个具体电感元件造成的，而是一些元件的寄生参数，比如电容中有寄生电感，输出导线上有寄生电感，以上图为例，在尖刺产生时，就是负载突然消失的时刻，也就是说流过这些寄生电感上的电流要减小了。

    有条自然法则，电感上的电流是连续的（不可能出现某时刻电流从3A突变为4A），电感是一种尽量维持其内流过电流恒定的元件，所以在负载电流突然减小时，电感把之前存储的磁场能竭尽全力的释放出去，以维持电流恒定。

    在没有放电回路的情况下，快速变化的电流会让某电感上这样的电压V=L×△I/△t，（V是电感上电压、L是电感的感值、△I是电流变化、△t是时间变化），从这个公式可知：

    1 负载电流变化得越快，电感上产生的尖刺就越大
    2 电感的感值越大，电感上产品的尖刺就越大

    第1条在我们的评测中是固定的，因为电源规范中动态负载电流变化率是1A/us，所以可以影响尖刺大小的因素只剩下电感的感值了。

    刚才我们说过导线上也一样有寄生电感，它大致可按每英寸20nH合算，所以同一款电源如果一个线材长度50cm，另个线材长度100cm。在动态负载下那个线材超长的电源会有更高的电感尖刺出现。

    假如两个完全一样的电源线材相差25.4cm，则按上述规则计算出的电感尖刺差别将有20×10^-9×1×10⁶×10=0.2V，而负载到来和负载撤销都会有尖刺，所以同一个电源因为线材的差别，在我们之前的动态测试中会造成400mV的差别。

包含尖刺时波动815.2mv

    我们之前衡量动态负载的浮动值时是把尖刺也算进其中的，测试了几款电源后我也发现很多不怎么样的电源在动态负载下浮动值就很小，好电源测出的浮动值反而比较大，原因好电源的线材往往比较长，电压尖刺会比较高。

去掉尖刺后波动597.5mv

    我们希望通过测试展现出电源的动态性能，这些线材造成的大大的尖刺把瞬态变化造成的电压波动淹没了，所以这次改进的目的是驱除尖刺对动态下电压浮动的评估。

滤波电容随处不在

    可能有人说不管电源设计怎么样，输出了尖刺就是不好啊，实际上不是这样的，因为电源输出的电流总要给板卡，在板卡上简单的几颗电容就可以完全滤掉这些尖刺，所以对大部分板卡来说，电源在动态下输入是否稳定还是取决于瞬态变化下电压值浮动的大小。而我们驱除尖刺的方法也完全和这些板卡滤除尖刺的方法是一摸一样的，简单的加上一颗电容就好。

    通过几次试验，我发现加稍大的电容不但去掉了尖刺，也削弱了很多波动值，为了能更明显的体现出动态负载下电源性能的差异还是选择容量小一些的吧，我使用的是日化的470uF固态电容一枚。

    Q12：什么是静态压差？
    A12：电源在重负载时输出的电压会比轻负载低一些，看下图。

Q12的图形化解释

    轻负载相当于动态负载中的状态1，重负载相当于动态负载中的状态2，在切换的时候他们本就会存在一定的压差，这个压差应该属于静态电压稳定性的范畴，但在我们之前的测试中，动态负责浮动值不但包含了电感尖刺也包含了这部分压差。

    这也不是我们需要的，因为它反映的只是静态负载下的压差。

    Q13：如何衡量“动态过程中产生电压过冲和下冲的浮动”？
    A13：所有的浮动值减去“电感尖刺”和“静态压差”就是“动态过程中产生电压过冲和下冲的浮动”了。

之前测试动态浮动值的3部分

    如果您看明白之前说的内容，应该明白我们测试动态时只需要衡量红色区域的大小，这个区域越小越好，而在之前泡泡网的动态负载测试中，我们衡量的是3个区域之和，有失公允，所以才必须修改方法。

    由于几路负载的精确同步很难做到，所以暂时只能使用一组300瓦的负载仪测试动态，300瓦的跳变基本可以模拟两张GTX560 SLI从桌面到游戏中复杂场面功耗跳变的情况。从负载的强度上看，12V跳变对每个电源大约是从90瓦往上跳30%的额定功率。

12V动态负载参数

5V动态负载参数

    5V的跳变不会造成总功率上多大的变化，但对5V的输出能力看，即便可以达到那路输出的50%额定值以上。

    总结：

    这就是2011年妇女节对电源动态负载的调整，这肯定不是最后一次，我估计劳动节、建军节也免不了再调整，最终只有一个目的：让测试公平合理一些。■<