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DCDC電源測試以及紋波測試方法

硬件設(shè)計(jì)解析 ? 2023-02-13 19:43 ? 次閱讀

一、測試項(xiàng)目

1)輸入電壓范圍。在輕載和后級電路滿負(fù)荷的情況下,輸入電壓無驟降或拉低,計(jì)入波動(dòng)之后,不低于最低輸入電壓。
2)輸出電壓穩(wěn)定性。測試無負(fù)載情況下輸出電壓值及波動(dòng);測試滿足后級電路最大負(fù)載情況下的輸出電壓波形及其波動(dòng),并單獨(dú)測試其紋波;測試在負(fù)載越變情況下的輸出電壓波形以及波動(dòng),并測試其紋波。要求計(jì)入紋波和其他干擾后輸出電壓無驟降,同時(shí)滿足所帶負(fù)載芯片的電壓輸入范圍,并留有20%余量。
3)反饋波形測量。測試無負(fù)載和滿載情況下SW波形的實(shí)際波形,是否滿足Datasheet所給出的波形參照。
4)輸入輸出電流。能滿足后級電路的最大消耗,保證后級消耗最大只占到可輸出電流的70%-90%。
5)電源極端條件下的工作情況。在產(chǎn)品規(guī)定的溫度范圍上限和下限,要求輸出電壓和電流仍能滿足工作要求。在產(chǎn)品規(guī)定高溫情況下,或電源芯片的工作上限溫度下,能正常工作,不過熱。

二、測試方法

2.1、測試條件

1)使用示波器時(shí)首先對示波器自身進(jìn)行校準(zhǔn),使用所帶的方波發(fā)生器測量出無損的方波波形。
2)限制示波器帶寬為 20MHz(大多中低端示波器檔位限制在20MHz,高端產(chǎn)品還有 200MHz 帶寬限制的選擇),目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測量,盡量保證測量的準(zhǔn)確性。
3)設(shè)置耦合方式為交流耦合,方便測量(以更小檔位來仔細(xì)觀測紋波,不關(guān)心直流電平)。
4)電壓幅值設(shè)為mV級別,時(shí)間設(shè)為mS級別,打開頻率、峰值等需要查看的數(shù)據(jù)。
5)保證探頭接地盡量短(測量紋波動(dòng)輒上百 mV 的主要原因就是接地線太長),盡量使用探頭自帶的原裝測試短針。如果沒有測試短針,使用彈簧測試針進(jìn)行測試。
6)示波器地懸空,只通過探頭地與測試信號的參考點(diǎn)共地,不要通過其他方式與測試設(shè)備共地,這樣會(huì)給紋波測量引入很大的地噪聲。
7)電源的輸出端存在差模和共模兩種噪聲,同時(shí)紋波噪聲容易受到環(huán)境中隨機(jī)噪聲及電源輻射噪聲的影響. 探頭地線的寄生電感與示波器輸入電容形成LC 諧振電路,將高頻噪音放大,探頭地線會(huì)感應(yīng)電源模塊的輻射噪音,所以必須把探頭地線移掉。
8)測試過程中示波器探頭遠(yuǎn)離周圍的干擾器件。
9)使用高低溫箱,測量產(chǎn)品工作情況,并檢測電源部分輸出電壓與輸出電流。
10) 用信通院直流電源設(shè)備N6705,記錄一定時(shí)間長度內(nèi)的產(chǎn)品工作情況,記錄電源部分輸入電流變化。

2.2、電源紋波測試

(1)電源紋波定義:輸出直流電壓中含有的交流成分。
(2)電源紋波的產(chǎn)生:一.開關(guān)電源的開關(guān)紋波,頻率基本在幾十KHz到幾MKHz;二. 開關(guān)電源的高頻紋波,頻率比開關(guān)紋波大,主要是由電路寄生參數(shù)和PCB布局產(chǎn)生;三. 負(fù)載變化引入的紋波,變化如下圖所示。

poYBAGPqITKAVxcrAABdumuR9oM337.png標(biāo)題電流變化引起電壓波動(dòng) poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

編輯


(3)紋波建議測量方法:
1、工具選擇:示波器
2、帶寬選擇:合理根據(jù)所測試大帶寬選擇合適的示波器(公司只有一種示波器,這一步進(jìn)行忽略)
3、探頭選擇:

一. 電壓探頭;二. 同軸電纜(有條件盡量使用此方法); 三. 差分探頭(沒有條件,進(jìn)行忽略);
① 電壓探頭:(1)使用電壓探頭時(shí)需要提前校準(zhǔn);(2)探頭選擇X1(強(qiáng)烈推薦)或者X10(如下圖內(nèi)部構(gòu)造)。X1探頭輸入無衰減,輸入阻抗可以基本不計(jì),只有示波器本身的1MΩ;X10探頭的輸入阻抗為9MΩ,示波器本身的1MΩ,總輸入阻抗為10MΩ,測試效果會(huì)有一個(gè)十倍的衰減比,降低了信噪比,由于紋波屬于小信號,所以本身沒有1倍探頭合適。

pYYBAGPqITKALN1XAADryIPGKXs309.png

1倍探頭構(gòu)造 poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

poYBAGPqITOAHxQ7AACOahN8N4I993.png

10倍探頭構(gòu)造 poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

②同軸電纜:(1)使用在負(fù)載特殊情況下的,需要進(jìn)行全帶寬紋波測試;(2)最小環(huán)路法相對與同軸電 纜接地阻抗和測試環(huán)路還是偏大,使用同軸電纜產(chǎn)生的噪聲很小;(3)同軸電纜有極性,把它分別焊接 在電源端電容的兩側(cè);(4)在高低溫測試情況下可以進(jìn)行使用,比最小環(huán)路法方便。
4、測試方法:
①示波器探頭自帶的地線相當(dāng)于一個(gè)小電感,會(huì)造成一定的失真振鈴,所以推薦使用最小環(huán)路法,使用彈 簧探針或者繞制焊錫絲(不推薦)。
②示波器帶寬限制在20MHz打開;交流耦合;數(shù)值擋位選擇20mv、時(shí)間擋位選擇10ms、10us。
③測試需要兩個(gè)測試波形:一個(gè)時(shí)開關(guān)紋波的累積量,來檢驗(yàn)電源工作的穩(wěn)定性和確保無振蕩;另一個(gè)是 單獨(dú)展開的紋波,來檢驗(yàn)紋波的數(shù)值量。

2.3、測試通過標(biāo)準(zhǔn)

1)使用此電源模塊的產(chǎn)品在各設(shè)定情況下工作是否正常。
2)使用此電源模塊的產(chǎn)品,其電磁兼容性能(EMI與EMS)應(yīng)不受電源模塊影響。
3)功耗符合產(chǎn)品定位,靜態(tài)及動(dòng)態(tài)功耗符合產(chǎn)品定位要求及壽命要求。

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