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电源纹波测试,这是我见过最正确的手法

1年前浏览273

错误测试方法

一个新手工程师可能会用如下错误方式测试输出纹波,并得到以下结果。

图1 错误示例



图2 (CH1输出纹波 CH4输出电流)


这种测试方式的错误之处在于,直接使用了示波器探头的长接地引线。这使得信号端和引线形成了较大的环路,从而会引入额外的电感,并在开关转换过程中产生严重的振铃。如图中的大幅度瞬变并不是开关稳压器的实际输出纹波,只是一种测量假象。


图3 (CH1输出纹波 CH4输出电流)


相较图2,图3是在相同测试方法下开启了示波器的带宽限制测得的结果,这样也只能抑制带宽之外的瞬变,测得的依然并非是实际的纹波状态。


改善测试纹波

为了减小杂散电感,常见的方法是拆除标准示波器探头的长接地引线,将其管体连接至接地基准点,使整个探测环路最小化。我们可以通过使用ECB 到探头尖端适配器(图4)或者线圈来实现。一个常见的直插电阻就能方便地被DIY成一个线圈(图5)。

        图4 使用ECB到探头尖端适配器                                  图5 错误示例


下图是使用上述方式测得的输出纹波波形。相较于图3的波形,高频的瞬变已得到了明显的改善。

图6 (CH1输出纹波 CH4输出电流)


但这仍然不是真正的开关稳压器的输出纹波。这是因为示波器的探测尖端测量的是EVB板的输出,其到开关稳压器的输出之间的走线存在着寄生电感。


为了测量开关稳压器真正的输出纹波,我们建议改为直接在输出电容上进行探测,如图7所示。

图7 正确示范操作



下图为使用该方法测得的输出纹波波形。

图8(CH1输出纹波 CH4输出电流)

正确操作示范

对于只需要关心输出纹波峰峰值大小的应用,图8的结果已经足够了。但是若想要了解更多纹波的细节,那么图8的波形则尚嫌不足。    

   
这是因为我们使用的是常见的X10倍示波器探头,真实的信号会先经过1/10分压进入示波器进行采样。在输入纹波很小,并且经过1/10分压后,其与示波器的本底噪声相近,所以图8的波形上实际叠加了很多示波器的本底噪声。    


因此,我们建议使用1倍无源探头或使用­同轴电缆,如图9 所示。

图9 推荐示例


采用同轴电缆测得的开关稳压器的输出纹波波形如图11所示,我们除了能更准确地测得输出纹波的峰峰值之外,还能看到更多细节,诸如因为输出电容ESL导致的纹波瞬变。这些细节能可以更好地协助工程师进行下一步的设计。


图10 CH1同轴电缆与CH2 10X探头的测试对比


图11 使用同轴电缆测得开关稳压器的输出纹波



让我们来简单做一个小结,开关稳压器输出纹波的测量方法过程可以概括如下:


1. 使用示波器的带宽限制功能;

2. 使用ECB到探头尖端适配器或者线圈的方式进行最小环路接地;

3. 直接测量稳压器输出电容两端的信号;

4. 推荐使用1倍探头或­同轴电缆进行测量。


来源:硬件笔记本
电源电路电子
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-05-25
最近编辑:1年前
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