双向直流电源在电池充放电测试、储能变流器调试、电机驱动能量回馈等场合使用。负载电流发生阶跃变化时，输出电压会先跌落或者冲高，再回到设定值附近。这一段偏离到恢复的过程，就是动态响应时间。用示波器测量上升时间和下降时间，是把电流跳变信号和电压响应信号放在同一条时间轴上，读取电压偏离最低点或者最高点之后回到误差带内的时间。电流边沿本身的时间也同时被记录下来。
双向直流电源动态响应时间的组成
动态响应时间由两部分构成。一部分是负载电流自身的上升时间和下降时间，由电子负载的电流斜率或者开关管的开通关断速度决定。另一部分是电源输出电压从偏离到恢复的时间，行业内常用恢复到设定值±1%或者±0.5%误差带的时间来表示。
示波器屏幕上看到的电压波形，是电源控制环路带宽、输出电容容量、线缆寄生电感共同作用的结果。环路带宽高、输出电容小，恢复速度快，但电压跌落幅度可能更大。环路带宽低、输出电容大，跌落幅度小，恢复时间变长。
上升时间在示波器测量中通常按10%到90%的幅度定义，下降时间按90%到10%的幅度定义。测量之前需要在示波器上把这两条百分比参考线画出来，不一样的人员读数才有统一依据。有些场合也采用20%到80%的定义，测试报告中需要注明采用哪一种。
测量前的设备与条件准备
测试台架搭好之后，先确认设备状态，再接入示波器。被测电源、负载、探头、线缆都会最终读数，缺一项记录都会让数据失去可比性。
| 设备或者部件 | 在测试中的作用 | 关键参数 |
|---|---|---|
| 双向直流电源 | 被测对象，输出设定电压并承受电流跳变 | 输出电压范围、电流范围、源模式与负载模式 |
| 电子负载或者MOSFET开关 | 产生电流阶跃信号 | 电流斜率、跳变频率、跳变幅度 |
| 数字示波器 | 采集电压波形与电流波形 | 带宽不低于20兆赫兹，采样率不低于100兆采样点每秒 |
| 差分电压探头 | 测量输出端电压，抑制共模干扰 | 带宽、衰减比、共模抑制比 |
| 电流探头或者同轴分流器 | 获取电流阶跃波形，作为触发源 | 带宽、量程、插入阻抗 |
| 短接地弹簧 | 缩短探头接地回路 | 与探头前端配套 |
测试条件需要逐项记录，条件不一样的，测量结果差别明显。
| 记录项目 | 示例填写内容 |
|---|---|
| 输出电压设定值 | 48伏 |
| 电流跳变幅度 | 10安培到50安培 |
| 电流斜率 | 1安培每微秒 |
| 跳变频率与占空比 | 100赫兹，50% |
| 输出线缆长度与截面积 | 1米，25平方毫米 |
| 环境温度 | 25摄氏度 |
| 示波器带宽与采样率 | 100兆赫兹，1吉采样点每秒 |
示波器探头接线与通道设置
电压测量点选在电源输出端子处，不选在负载端。线缆上的压降会让负载端的波形失真，读出的跌落幅度偏大，恢复时间偏长。无源探头配短接地弹簧，接地回路面积小，高频段拾取的干扰少。测量浮地输出或者桥式输出时使用差分探头，探头衰减比与示波器通道衰减比保持一致。
示波器通道设为直流耦合，带宽限制功能关闭，输入阻抗按探头要求选择1兆欧或者50欧姆。垂直档位调整到波形占屏幕6到8格，水平时基调整到跳变前后各留一段稳态波形。采样率不低于100兆采样点每秒，带宽不低于20兆赫兹。触发方式选边沿触发，触发源用电流通道，触发电平设在电流跳变幅度的中间位置。
电流通道和电压通道的传输延迟要一致。两个探头型号不一样的、线缆长度不一样的，会引入几纳秒到几十纳秒的时差。可以在正式测量前用同一个信号源同时送入两个通道，观察两个边沿是否重合，记录下时间差，读数时做修正。
负载跳变信号的产生方式
电子负载的动态模式可以直接设置电流高低值和电流斜率。跳变频率设定在几十赫兹到几百赫兹之间，示波器容易稳定触发。跳变幅度按电源额定电流的20%到80%选取，覆盖实际工况。电流斜率设置得越陡，电压跌落越明显，对电源环路的考验越大。
使用MOSFET开关做负载跳变时，栅极驱动电阻决定开通速度，源极回路的寄生电感决定电流上升沿的振铃。开关管两端需要并联吸收电路，减小关断时的电压尖峰对测量的。电流取样用同轴分流器，带宽高，插入阻抗低。
上升时间与下降时间的读数方法
波形采集完成后，在示波器上打开测量菜单，选择上升时间和下降时间两个参数，参考电平设为10%和90%。光标法适合单次波形读取，自动测量适合连续多次跳变的统计。读取电压恢复时间时，先在波形上标出设定值的±1%误差带，再读取电压曲线最后一次进入误差带的时间点，该点与电流跳变起始点的时间差就是恢复时间。
电流上升时间读的是电流波形10%到90%的区间，电压恢复时间读的是电压波形从跳变起始到进入误差带的区间。两个时间不能混在一起写。测量结果按多次跳变的平均值记录，单次读数受触发抖动较大。
| 测量项目 | 参考电平 | 读数起点 | 读数终点 |
|---|---|---|---|
| 电流上升时间 | 10%到90% | 电流波形10%点 | 电流波形90%点 |
| 电流下降时间 | 90%到10% | 电流波形90%点 | 电流波形10%点 |
| 电压跌落幅度 | 稳态值为基准 | 跳变前稳态值 | 跌落最低点 |
| 电压恢复时间 | ±1%误差带 | 电流跳变起始点 | 电压最后一次进入误差带 |
测量结果记录表
| 序号 | 电流上升时间 | 电流下降时间 | 电压跌落幅度 | 电压恢复时间 | 电压冲高幅度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 第1次 | |||||
| 第2次 | |||||
| 第3次 | |||||
| 平均值 |
测量结果的常见
探头接地线过长，回路电感大，波形上会出现高频振铃，跌落幅度读数偏大。示波器带宽不足，快速边沿被平滑，上升时间读数偏大。采样率不足，波形点稀疏，光标定位误差增加。垂直档位过大，波形占屏幕格数少，读数分辨率下降。
输出线缆过长或者截面积偏小，线路电感与电阻都会电压恢复过程。负载端的电流探头位置如果与电压探头距离较远，两个信号之间会引入传输时差。电源工作在源模式与工作在负载模式时，内部控制环路不一样的，同一电流跳变下的响应时间也会不一样的，两种模式需要分别测量并分别记录。
双向电源模式切换时的测量要点
双向直流电源在电流方向反转时，控制环路需要在源模式和负载模式之间切换。测量这一过程，触发源仍然使用电流通道，触发电平设在零点附近。电压波形的过冲量和恢复时间都会比单向跳变时更大，示波器时基需要放宽，让整个切换过程完整落在屏幕内。
模式切换测试中，电流探头的量程要覆盖正负两个方向，示波器通道设为直流耦合，垂直偏移调整到零电流位于屏幕中线。电压通道的误差带参考线按设定值的±1%和±0.5%分别标注，便于读取不一样的精度的恢复时间。
山东运电气有限公司的测试配套
山东运电气有限公司提供双向直流电源、电子负载、差分探头、电流探头以及整套动态响应测试台架。设备出厂前完成上升时间、下降时间、电压恢复时间的抽检，随机附测试记录表。用户现场复测时，山东运电气有限公司可提供接线图与示波器参数设置清单，减少重复调试。
双向直流电源的动态响应指标与功率等级、输出电压范围、控制方式有关，不一样的规格的恢复时间差异大。具体型号的参数、配套方案以及价格，可查看山东运电气有限公司网页上公布的联系电话，与技术人员沟通实际工况后获取实际报价。
山东运电气有限公司在电力电子测试领域积累多年，服务范围覆盖电源模块测试、储能变流测试、电机控制器测试等方向。示波器测量上升时间和下降时间只是动态测试中的一环，完整的测试报告还需要包含负载调整率、纹波、温度漂移等项目。
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