开关电源纹波的概念 Hengfu switching power supply
开关电源的纹波是指叠加在开关电源输出电压上的波动部分,由两部分组成,频率与开关频率一致的交流电压和频率为工频的交流电压。噪声一般是指输出电压上叠加的高频尖峰。两者叠加后构成了输出电压波动总量,即输出电压的纹波和噪声,一般以mVp-p计量。
要在产品设计阶段准确测量开关频率下的纹波,需要使用隔直板+同轴电缆,而隔直板上的电容容量需要根据开关频率进行确定。
方法是:用同轴电缆从电源模块上引出输出,接到隔直板上,然后再通过同轴电缆接入示波器。示波器阻抗选择50欧姆,AC耦合,带宽限制在20MHz,然后进行测量与读数。因其产生原因是开关电源的输出电流纹波在输出电容的ESR上充放电,所以测出的波形一般近似于三角波。噪声测量:将示波器的带宽限制取消,其余配置与纹波测量相同,然后进行测量与读数。
开关电源纹波测量误差的原因分析 Hengfu switching power supply
我们在测试纹波的时候,希望能够测试准确,不希望其他频段的干扰引入导致测试数据异常。所以用同轴电缆或者探头测试纹波的时候,地线的处理都尤为关键,否则会通过地线引入不必要的噪声。但在一般仅使用普通探头进行开关电源纹波和噪声测量时,测试者会误操作,个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探头;第二个错误是将探头置于电源变压器和开关元件附近;后一个错误是在探头测试节点未配置干扰吸收电容。
以上问题的产生是未考虑到在开关电源中,开关半导体元件存在高dv/dt电压和大di/dt电流,耦合自电源变压器的磁场,耦合自开关节点的电场,以及由变压器互绕电容产生的共模电流,这些都会在示波器探头周围产生空间干扰信号,被探头的地线引线接收造成测量误差。
电源纹波指标是一项很重要的参数。干净的电源是数字电路稳定工作的前提,也是模拟器件的各项参数的重要保障。为确定电源的质量,必须对电源的输出纹波进行准确测量。但很多人测量得到的纹波值动辄上百mV,甚至几百mV,远远比器件手册提供的大纹波值大,这主要是测量方法的不正确造成的。
开关电源纹波的测量 Hengfu switching power supply
正确的测量方法
正确的测量要素,尽量减小探头测量环路。正确使用探头测试纹波和噪声如下:
· 1)限制示波器带宽为20MHz,目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量,尽量保证测量的准确性;
· 2)示波器设置耦合方式为交流耦合,选择合适的电压档位,测量总的纹波和噪声时X轴设置5mS/div或更大;
· 3)使用示波器自带的原装测试探头,拆除探头的接地线和外壳,在探头前端插上测试短针,保证接地线长度小于1cm;
· 4)在电源输出测试端并联47uf电解电容和0.1uf薄膜电容。
· 5)示波器地悬空,只通过探头地与测试信号的参考点共地,不要通过其他方式与测试设备共地,避免给纹波测量引入很大的地噪声。例如:当示波器和其他仪器共插线板时,其他仪器的开关可能通过接地线给测试带来噪声干扰。
开关电源纹波的注意事项 Hengfu switching power supply
所以在有条件的情况下尽量使用隔直板+同轴电缆的配置,同轴电缆能很好的抑制空间中的辐射。如果只能单纯使用示波器测量的话,地线夹要尽可能短,并绕在探头上,即成环小。