電源紋波測(cè)試，這是我見過最正確的手法
發(fā)布日期:2024-06-04
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錯(cuò)誤測(cè)試方法
一個(gè)新手工程師可能會(huì)用如下錯(cuò)誤方式測(cè)試輸出紋波，并得到以下結(jié)果。
圖1 錯(cuò)誤示例
圖2 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)
這種測(cè)試方式的錯(cuò)誤之處在于，直接使用了示波器探頭的長(zhǎng)接地引線。這使得信號(hào)端和引線形成了較大的環(huán)路，從而會(huì)引入額外的電感，并在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的振鈴。如圖中的大幅度瞬變并不是開關(guān)穩(wěn)壓器的實(shí)際輸出紋波，只是一種測(cè)量假象。
圖3 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)
相較圖2，圖3是在相同測(cè)試方法下開啟了示波器的帶寬限制測(cè)得的結(jié)果，這樣也只能抑制帶寬之外的瞬變，測(cè)得的依然并非是實(shí)際的紋波狀態(tài)。
改善測(cè)試紋波
為了減小雜散電感，常見的方法是拆除標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭的長(zhǎng)接地引線，將其管體連接至接地基準(zhǔn)點(diǎn)，使整個(gè)探測(cè)環(huán)路最小化。我們可以通過使用ECB 到探頭尖端適配器(圖4)或者線圈來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)常見的直插電阻就能方便地被DIY成一個(gè)線圈(圖5)。
圖4 使用ECB到探頭尖端適配器 圖5 錯(cuò)誤示例
下圖是使用上述方式測(cè)得的輸出紋波波形。相較于圖3的波形，高頻的瞬變已得到了明顯的改善。
圖6 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)
但這仍然不是真正的開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波。這是因?yàn)槭静ㄆ鞯奶綔y(cè)尖端測(cè)量的是EVB板的輸出，其到開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出之間的走線存在著寄生電感。
為了測(cè)量開關(guān)穩(wěn)壓器真正的輸出紋波，我們建議改為直接在輸出電容上進(jìn)行探測(cè)，如圖7所示。
圖7 正確示范操作
下圖為使用該方法測(cè)得的輸出紋波波形。
圖8(CH1輸出紋波 CH4輸出電流)
正確操作示范
對(duì)于只需要關(guān)心輸出紋波峰峰值大小的應(yīng)用，圖8的結(jié)果已經(jīng)足夠了。但是若想要了解更多紋波的細(xì)節(jié)，那么圖8的波形則尚嫌不足。
這是因?yàn)槲覀兪褂玫氖浅Ｒ姷腦10倍示波器探頭，真實(shí)的信號(hào)會(huì)先經(jīng)過1/10分壓進(jìn)入示波器進(jìn)行采樣。在輸入紋波很小，并且經(jīng)過1/10分壓后，其與示波器的本底噪聲相近，所以圖8的波形上實(shí)際疊加了很多示波器的本底噪聲。
因此，我們建議使用1倍無源探頭或使用同軸電纜，如圖9 所示。
圖9 推薦示例
采用同軸電纜測(cè)得的開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波波形如圖11所示，我們除了能更準(zhǔn)確地測(cè)得輸出紋波的峰峰值之外，還能看到更多細(xì)節(jié)，諸如因?yàn)檩敵鲭娙軪SL導(dǎo)致的紋波瞬變。這些細(xì)節(jié)能可以更好地協(xié)助工程師進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)。
圖10 CH1同軸電纜與CH2 10X探頭的測(cè)試對(duì)比
圖10 CH1同軸電纜與CH2 10X探頭的測(cè)試對(duì)比
圖11 使用同軸電纜測(cè)得開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波
讓我們來簡(jiǎn)單做一個(gè)小結(jié)，開關(guān)穩(wěn)壓器輸出紋波的測(cè)量方法過程可以概括如下：
1. 使用示波器的帶寬限制功能；
2. 使用ECB到探頭尖端適配器或者線圈的方式進(jìn)行最小環(huán)路接地；
3. 直接測(cè)量穩(wěn)壓器輸出電容兩端的信號(hào)；
4. 推薦使用1倍探頭或同軸電纜進(jìn)行測(cè)量。
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