DC/DC變換器紋波電壓測(cè)試

張文輝 袁文

(貴州航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所,貴州貴陽(yáng) 550009)

DC/DC變換器紋波電壓測(cè)試

張文輝 袁文

(貴州航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所,貴州貴陽(yáng) 550009)

紋波電壓是DC/DC變換器的重要參數(shù)。在元器件測(cè)試中是衡量DC/DC變換器是否合格的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此如何正確測(cè)試紋波電壓參數(shù)是每個(gè)檢測(cè)員應(yīng)特別注意的問(wèn)題。本文簡(jiǎn)要介紹了DC/DC變換器紋波電壓參數(shù)的測(cè)試方法,使大家能夠根據(jù)具體情況選用適宜、方便的測(cè)量方法,準(zhǔn)確地測(cè)量到紋波電壓。

DC/DC變換器 紋波電壓 測(cè)試

1 引言

近年來(lái)DC/DC變換器發(fā)展十分迅速，由于其效率高、體積小、可靠性高的特性，應(yīng)用非常廣泛。在直流電壓中，經(jīng)常存在疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量，也就是紋波。紋波容易在電子系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波從而降低變換器的效率、干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系、干擾系統(tǒng)的正常工作，給整個(gè)電子設(shè)備的正常工作帶來(lái)非常嚴(yán)重的隱患。所以，DC/DC變換器在被安裝到電子系統(tǒng)中之前，通過(guò)可靠的測(cè)試方法準(zhǔn)確測(cè)量出紋波電壓值并進(jìn)行分析是十分必要的。

2 測(cè)試方法探討

在實(shí)際的工作中，針對(duì)不同環(huán)境和測(cè)量需要，為了準(zhǔn)確測(cè)量出紋波電壓值會(huì)選擇不同但適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法。

圖1 探頭直接測(cè)量法

圖2 同軸電纜測(cè)量法

圖3 雙絞線測(cè)量法

2.1 探頭直接測(cè)量法

因?yàn)樗鶞y(cè)量的DC/DC變換器紋波電壓中含有的高頻分量，必須使用特殊的測(cè)量技術(shù)，才能獲得正確的測(cè)量結(jié)果。首先為了測(cè)出紋波尖峰中的所有高頻諧波，一般要用20MHz以上帶寬的測(cè)量設(shè)備，如示波器或其他專用紋波測(cè)量?jī)x器。其次在進(jìn)行紋波測(cè)量時(shí)，必須非常小心，防止將錯(cuò)誤信號(hào)引入測(cè)試設(shè)備中。測(cè)量時(shí)必須去掉探頭地線夾，因?yàn)樵谝粋€(gè)高頻輻射場(chǎng)中，地線夾會(huì)像一個(gè)天線一樣接收噪聲，干擾測(cè)量結(jié)果。也可使用帶有接地環(huán)的探頭，采用如圖1所示的測(cè)量方法來(lái)消除干擾。

2.2 同軸電纜測(cè)量法

在DC/DC變換器生產(chǎn)企業(yè)和篩選機(jī)構(gòu)一般對(duì)DC/DC變換器進(jìn)行批量測(cè)試，采用自動(dòng)化測(cè)量其各項(xiàng)參數(shù)包括紋波電壓。探頭直接測(cè)量法就無(wú)法滿足快速測(cè)試的需求。圖2為一種使用50Ω同軸電纜來(lái)測(cè)量輸出紋波電壓的方法。同軸電纜直接與紋波測(cè)量?jī)x器連接。測(cè)量值為實(shí)際值的1/2。大多DC/DC變換器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)選擇此種同軸電纜測(cè)量法。

2.3 雙絞線測(cè)量法

DC/DC變換器測(cè)量方法還有一種雙絞線測(cè)量法，如圖3所示。雙絞線最好為銅線，長(zhǎng)度不可太長(zhǎng)，實(shí)踐證明30cm為佳。雙絞線一端接DC/DC變換器輸出引腳，另一端并聯(lián)一只47μF的鉭電容，再接到紋波測(cè)量?jī)x器上。電容的引線應(yīng)盡可能短，注意極性不要接反。測(cè)量探頭的“地線”應(yīng)盡可能接到地線環(huán)上，紋波測(cè)量?jī)x器帶寬不小于50MHz，本身交流電源應(yīng)有接地線。

3 紋波電壓測(cè)量技巧和注意事項(xiàng)

3.1 紋波電壓測(cè)量技巧

(1)選擇合適的紋波測(cè)量?jī)x器以提高測(cè)試精度，測(cè)量紋波電壓一般使用示波器，選用帶寬大于50MHz的示波器即可。在沒(méi)有特殊要求的情況下，測(cè)量紋波時(shí)示波器測(cè)試帶寬默認(rèn)為20MHz。因此應(yīng)使用設(shè)置20MHz帶寬的示波器。如TDS3052C示波器，并能通過(guò)USB端口快速存儲(chǔ)波形，便于歸檔和分析。

(2)手動(dòng)測(cè)量紋波電壓時(shí)使用探頭直接測(cè)量法比較多。對(duì)于引腳間距較短的DC/DC變換器建議使用雙絞線測(cè)量法，先如圖3連接好變換器和測(cè)量設(shè)備后再通電測(cè)量。

3.2 注意事項(xiàng)

(1)如果DC/DC變換器紋波電壓的測(cè)量條件是滿負(fù)載工作，應(yīng)做好變換器的散熱處理特別是金屬殼變換器，并盡快短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試以免變換器滿負(fù)載工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成損壞。

圖4 輸出紋波波形

(2)DC/DC變換器測(cè)量紋波電壓時(shí)負(fù)載的選擇也很關(guān)鍵，如果負(fù)載中含有容性或感性成分，就有可能產(chǎn)生諧波并疊回在的DC/DC變換器輸出端，對(duì)紋波的測(cè)量帶來(lái)影響。通過(guò)實(shí)踐證明選用滑線電阻器優(yōu)于電子負(fù)載。若使用電子負(fù)載測(cè)量紋波時(shí)，電子負(fù)載可選用恒阻態(tài)或恒流態(tài)，一般選用恒流態(tài)。不論哪種狀態(tài)，都要注意電子負(fù)載的正負(fù)端輸入，如果接錯(cuò)，會(huì)造成電子負(fù)載的損壞。總之，測(cè)試過(guò)程中應(yīng)盡量選擇紋波指標(biāo)低的負(fù)載。

(3)開(kāi)關(guān)電源的輸出的紋波噪聲與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)。其紋波噪聲分為兩大部分，即紋波(包括開(kāi)關(guān)頻率的紋波和周期及隨機(jī)性漂移)和噪聲(開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生)。此類DC/DC變換器的紋波電壓峰峰值Vp-p應(yīng)包含紋波和噪聲，如圖4所示。

(4)當(dāng)紋波電壓測(cè)量結(jié)果與技術(shù)指標(biāo)存在嚴(yán)重差異(過(guò)大或過(guò)小)，首先檢查測(cè)試線路是否連接正常，其次查看變換器技術(shù)手冊(cè)測(cè)試時(shí)是否需要在外圍電路中增加濾波電感器、電容器。最后檢查測(cè)量設(shè)備，包括設(shè)備是否可靠接地，輸入電壓源紋波是否過(guò)大。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上總結(jié)我們可以發(fā)現(xiàn)，合理有效地選擇標(biāo)準(zhǔn)儀器、負(fù)載、輸出端接地方式、測(cè)試連接線和測(cè)試點(diǎn)，對(duì)于獲得DC/DC變換器的紋波電壓參數(shù)非常重要。在實(shí)際工作中，在測(cè)量之前，一定要清楚被測(cè)變換器有沒(méi)有特殊要求，應(yīng)用行業(yè)有沒(méi)有特殊性或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最好能和制造商、客戶溝通并得到產(chǎn)品測(cè)試詳細(xì)規(guī)范，這樣的測(cè)量結(jié)果才能被各相關(guān)方認(rèn)可。

DC/DC變換器紋波電壓的測(cè)試為評(píng)估其性能提供了依據(jù)，客戶可依此在整個(gè)電子系統(tǒng)中采取相應(yīng)濾波設(shè)計(jì)，增加整個(gè)電子設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]同金,馬煜峰.直流電源輸出的紋波和噪聲的測(cè)量.電子測(cè)試,2010年2月.

[2]周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛(ài)華.模塊化DC/DC實(shí)用電路.電子工業(yè)出版社,2004年4月.

[3]田芳寧,孫國(guó)強(qiáng).電源紋波分析測(cè)試與抑制.電子質(zhì)量,2012年3月.

[4]徐強(qiáng),董威.反激變換器輸出紋波電壓分析與測(cè)量.中國(guó)測(cè)試,2010年3月.

張文輝,男,工程師,學(xué)士學(xué)位,主要研究電學(xué)計(jì)量和混合集成電路測(cè)試。