【電源設計小貼士6】:如何精確測量電源紋波
發布時間:2013-01-25 責任編輯:hedyxing
【導讀】ruhejingquediceliangwenbobenshenjiushiyimenyishu,liyongzhengquedeceliangfangfakeyidadadigaishancededewenbojieguo。tongchangshiyongdaikuanxianzhilaiguidingwenbo,yifangzhishiqubingfeizhenzhengcunzaidegaopinzaosheng。bencidianyuanshejixiaotieshijiangweidajiajiangjieruhejingquediceliangdianyuanwenbo!
在圖 1 所示的示例中,一名初級工程師完全錯誤地使用了一台示波器。他的第一個錯誤是使用了一支帶長接地引線的示波器探針;他的第二個錯誤是將探針形成的環路和接地引線均置於電源變壓器和開關元件附近;他(ta)的(de)最(zui)後(hou)一(yi)個(ge)錯(cuo)誤(wu)是(shi)允(yun)許(xu)示(shi)波(bo)器(qi)探(tan)針(zhen)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)多(duo)餘(yu)電(dian)感(gan)。該(gai)問(wen)題(ti)在(zai)紋(wen)波(bo)波(bo)形(xing)中(zhong)表(biao)現(xian)為(wei)高(gao)頻(pin)拾(shi)取(qu)。在(zai)電(dian)源(yuan)中(zhong),存(cun)在(zai)大(da)量(liang)可(ke)以(yi)很(hen)輕(qing)鬆(song)地(di)與(yu)探(tan)針(zhen)耦(ou)合(he)的(de)高(gao)速(su)、大信號電壓和電流波形,其中包括耦合自電源變壓器的磁場,耦合自開關節點的電場,以及由變壓器互繞電容產生的共模電流。

圖1 錯誤的紋波測量得到的較差的測量結果
利li用yong正zheng確que的de測ce量liang方fang法fa可ke以yi大da大da地di改gai善shan測ce得de紋wen波bo結jie果guo。首shou先xian,通tong常chang使shi用yong帶dai寬kuan限xian製zhi來lai規gui定ding紋wen波bo,以yi防fang止zhi拾shi取qu並bing非fei真zhen正zheng存cun在zai的de高gao頻pin噪zao聲sheng。我wo們men應ying該gai為wei用yong於yu測ce量liang的de示shi波bo器qi設she定ding正zheng確que的de帶dai寬kuan限xian製zhi。其qi次ci,通tong過guo取qu掉diao探tan針zhen“帽”,並構成一個拾波器(如圖 2 所示),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)消(xiao)除(chu)由(you)長(chang)接(jie)地(di)引(yin)線(xian)形(xing)成(cheng)的(de)天(tian)線(xian)。將(jiang)一(yi)小(xiao)段(duan)線(xian)纏(chan)繞(rao)在(zai)探(tan)針(zhen)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)點(dian)周(zhou)圍(wei),並(bing)將(jiang)該(gai)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)至(zhi)電(dian)源(yuan)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)可(ke)以(yi)縮(suo)短(duan)暴(bao)露(lu)於(yu)電(dian)源(yuan)附(fu)近(jin)高(gao)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)的(de)端(duan)頭(tou)長(chang)度(du),從(cong)而(er)進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)少(shao)拾(shi)波(bo)。
最(zui)後(hou),在(zai)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)中(zhong),會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)流(liu)經(jing)探(tan)針(zhen)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)點(dian)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)。這(zhe)就(jiu)在(zai)電(dian)源(yuan)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)點(dian)和(he)示(shi)波(bo)器(qi)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)點(dian)之(zhi)間(jian)形(xing)成(cheng)了(le)壓(ya)降(jiang),從(cong)而(er)表(biao)現(xian)為(wei)紋(wen)波(bo)。要(yao)防(fang)止(zhi)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)的(de)出(chu)現(xian),我(wo)們(men)就(jiu)需(xu)要(yao)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)的(de)共(gong)模(mo)濾(lv)波(bo)。另(ling)外(wai),將(jiang)示(shi)波(bo)器(qi)引(yin)線(xian)纏(chan)繞(rao)在(zai)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)心(xin)周(zhou)圍(wei)也(ye)有(you)助(zhu)於(yu)最(zui)小(xiao)化(hua)這(zhe)種(zhong)電(dian)流(liu)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)器(qi),其(qi)在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)差(cha)分(fen)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)的(de)同(tong)時(shi),還(hai)減(jian)少(shao)了(le)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)測(ce)量(liang)誤(wu)差(cha)。圖(tu) 2 顯示了該完全相同電路的紋波電壓,其使用了改進的測量方法。這樣,高頻峰值就被真正地消除了。

圖2 四個輕微的改動便極大地改善了測量結果
實(shi)際(ji)上(shang),集(ji)成(cheng)到(dao)係(xi)統(tong)中(zhong)以(yi)後(hou),電(dian)源(yuan)紋(wen)波(bo)性(xing)能(neng)甚(shen)至(zhi)會(hui)更(geng)好(hao)。在(zai)電(dian)源(yuan)和(he)係(xi)統(tong)其(qi)他(ta)組(zu)件(jian)之(zhi)間(jian)幾(ji)乎(hu)總(zong)是(shi)會(hui)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)電(dian)感(gan)。這(zhe)種(zhong)電(dian)感(gan)可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)於(yu)布(bu)線(xian)中(zhong),抑(yi)或(huo)隻(zhi)有(you)蝕(shi)刻(ke)存(cun)在(zai)於(yu) PWB 上。另外,在芯片周圍總是會存在額外的旁路電容,它們就是電源的負載。這二者共同構成一個低通濾波器,進一步降低了電源紋波和/或高頻噪聲。在極端情況下,電流短時流經 15 nH 電感和 10 μF 旁路電容的一英寸導體時,該濾波器的截止頻率為 400 kHz。這zhe種zhong情qing況kuang下xia,就jiu意yi味wei著zhe高gao頻pin噪zao聲sheng將jiang會hui得de到dao極ji大da降jiang低di。許xu多duo情qing況kuang下xia,該gai濾lv波bo器qi的de截jie止zhi頻pin率lv會hui在zai電dian源yuan紋wen波bo頻pin率lv以yi下xia,從cong而er有you可ke能neng大da大da降jiang低di紋wen波bo。經jing驗yan豐feng富fu的de工gong程cheng師shi應ying該gai能neng夠gou找zhao到dao在zai其qi測ce試shi過guo程cheng中zhong如ru何he運yun用yong這zhe種zhong方fang法fa的de途tu徑jing。
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