浅谈CC(恒流)、CR(恒阻)负载的认识与实际工作中的区别

DC/DC器件测试中的挑战:恒流与恒阻负载的影响,
在测试250W28VDC/DC器件时,发现在CC模式下拉载电流导致输出电压异常。问题源于器件输入端响应时间长,而CC模式要求快速建立。改为CR模式后,器件输出恢复正常。响应时间和负载类型对器件性能有显著影响,提示在测试中需考虑设备的上升速率和兼容性。

近期在筛选测试中,碰到一款DC/DC器件型号,及其与众不同,使我们一度“一筹莫展”又“无可奈何”,好在最后顺利PASS,在这个过程中也产生了一定的心得,为了今后避免这类事情重蹈覆辙,也希望能给其他小伙伴提供到一些帮助,决定自我总结,浅谈恒流负载,恒阻负载对DC/DC工作所产生的影响。

事情起因:在该型号器件首次进行测试时,250W,28V输出的DC/DC在拉载0.02A时,器件输出电压正常,在拉半载(4.5A)时,器件输出电压跌落到5V。取下器件测量该器件连接性以及器件内部阻抗时,发现没有任何变化。随即再进行测试,发现该器件在拉载0.02A时,器件无输出,进行多次试验后依旧无输出,过了一段时间后,器件有过一次输出电压正常,随后又无输出。

以上现象困扰了我们两天,不知原因。

我们在这个过程中,一直用的是电子负载调节的CC模式进行拉载。器件输入端电流为130mA,与实际工作所产生的的370mA相比,器件内部明显有一部分回路没有正常工作,导致输出端无法建立。示波器所采集的信号如下图:

以上波形能看出,器件输入端工作良好,不存在震荡现象,器件输出端震荡明显,有较为清晰的毛刺,使得该器件输出端无法建立。

之后,我们在器件空载测试时,发现器件输入端响应较长,输入端的工作电流需要2-3s后,才可以完全工作,于是我们在器件输出端挂功率电阻进行试验,分别选取5Ω,15Ω,30Ω。

发现器件输出电压正常,带载功能良好。

总结分析:部分DC/DC适用于CR模式,选择CC模式的话,由于拉载的电流值一定,器件输入端需要在短时间内完全建立,器件才可以正常输出,但部分器件输入端响应会较长,CC模式会导致内部控制回路无法正常工作,从而器件无输出电压。选择CR模式的话,负载值一定,器件工作的电压,电流会成比例缓慢增大,留给器件的输入端响应时间会较长,适合部分响应较慢且适宜阻性负载的器件,从而使得器件输出电压正常。既然牵扯到响应和延时上升时间的问题,我们在实践中,其实最后也有更换电源和电子负载。因为不同厂家,不同型号的设备,上升速率是不同的。正是因为这些因素,PASS的到来才显得可贵。

今天刚好正逢癸卯兔年正月十五,祝大家元宵节快乐😄!!!

### PD3.0 协议中 CC 信号电压规范 在 USB Power Delivery (PD) 3.0 协议中,CC(Configuration Channel)线主要用于配置通信以及检测设备连接状态。以下是关于 CC 信号电压的关键规范: #### CC 线的功能概述 CC 线不仅用于设备间的握手协商,还负责传递电力角色和数据角色的信息。当设备插入时,通过 CC 线上的电分压网络来识别设备的角色(Source 或 Sink)。此外,CC 线还可以用来传输 VCONN 电源以驱动电缆中的电子标记芯片。 #### CC 信号电压规范 根据 USB-C 和 USB-PD 的标准定义[^2],CC 线的电压通常由以下因素决定: - **默认情况下**,未激活 PD 握手前,CC 线上的电压是由 Source 设备提供的固定电平(通常是 5V 的一部分),并通过特定的下拉或上拉电形成分压。 - 当 Source 提供功率时,其会在 CC 线上设置一个初始电压值,称为 Ra(Attach Resistance)。Sink 则会通过 Rd(Debug Accessory Downstream Facing Port Resistance)响应此信号。 - 如果双方都支持 USB-PD,则进一步进入更高层次的协商阶段,此时 CC 线可能承载更复杂的信号波形。 具体数值如下表所示[^1]: | 配置 | 上拉电 Rp (Ω) | 下拉电 Rd (Ω) | |------|------------------|------------------| | Default Role Assignment | ~56k | ~5.1k | 需要注意的是,在实际应用过程中,为了避免因误操作而导致损坏硬件的情况发生,设计者往往会对 CC 脚采取额外防护措施,比如加入 TVS 二极管阵列等元件来进行静电释放(ESD)保护[^3]。 另外值得注意的一点是,虽然大多数时候我们讨论的是静态条件下 CC 引脚的工作情况;但在某些特殊场景下——例如插拔瞬间或者异常事件期间——瞬态变化可能会引起超出正常范围内的波动现象。因此,在开发产品时应充分考虑这些极端状况下的鲁棒性需求。 ```python # 示例代码展示如何模拟简单的Rp/Rd交互过程 def calculate_cc_voltage(v_source, r_pullup, r_pulldown): """ 计算基于分压原理得到的CC引脚稳态工作电压 参数: v_source (float): 来自供电端口的原始电压(V) r_pullup (int): 上拉电(欧姆) r_pulldown (int): 下拉电(欧姆) 返回: float: 经过分压后的CC引脚理论直电位(V) """ total_resistance = r_pullup + r_pulldown cc_voltage = v_source * (r_pulldown / total_resistance) return round(cc_voltage, 3) example_vsource = 5 # 假设典型USB-A/B接口输出为5伏特 rp_example_value = 56e3 # 根据官方推荐选取约等于56千欧的标准值作为例子演示用途 rd_example_value = 5.1e3 # 同理选用近似于5.1百欧姆大小代表负载侧表现形式 calculated_result = calculate_cc_voltage(example_vsource, rp_example_value, rd_example_value) print(f"Theoretical steady-state voltage on CC pin is {calculated_result} Volts.") ``` 运行以上Python片段能够帮助理解基本物理关系背后逻辑所在之处。
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