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DCDC電源測試以及紋波測試方法

硬件設計解析 ? 2023-02-13 19:43 ? 次閱讀

一、測試項目

1)輸入電壓范圍。在輕載和后級電路滿負荷的情況下,輸入電壓無驟降或拉低,計入波動之后,不低于最低輸入電壓。
2)輸出電壓穩定性。測試無負載情況下輸出電壓值及波動;測試滿足后級電路最大負載情況下的輸出電壓波形及其波動,并單獨測試其紋波;測試在負載越變情況下的輸出電壓波形以及波動,并測試其紋波。要求計入紋波和其他干擾后輸出電壓無驟降,同時滿足所帶負載芯片的電壓輸入范圍,并留有20%余量。
3)反饋波形測量。測試無負載和滿載情況下SW波形的實際波形,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。在產品規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。在產品規定高溫情況下,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)使用示波器時首先對示波器自身進行校準,使用所帶的方波發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,高端產品還有 200MHz 帶寬限制的選擇),目的是避免數字電路的高頻噪聲影響紋波測量,盡量保證測量的準確性。
3)設置耦合方式為交流耦合,方便測量(以更小檔位來仔細觀測紋波,不關心直流電平)。
4)電壓幅值設為mV級別,時間設為mS級別,打開頻率、峰值等需要查看的數據。
5)保證探頭接地盡量短(測量紋波動輒上百 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共地,不要通過其他方式與測試設備共地,這樣會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,同時紋波噪聲容易受到環境中隨機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,探頭地線會感應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離周圍的干擾器件。
9)使用高低溫箱,測量產品工作情況,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備N6705,記錄一定時間長度內的產品工作情況,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)電源紋波的產生:一.開關電源的開關紋波,頻率基本在幾十KHz到幾MKHz;二. 開關電源的高頻紋波,頻率比開關紋波大,主要是由電路寄生參數和PCB布局產生;三. 負載變化引入的紋波,變化如下圖所示。

poYBAGPqITKAVxcrAABdumuR9oM337.png標題電流變化引起電壓波動 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,進行忽略);
① 電壓探頭:(1)使用電壓探頭時需要提前校準;(2)探頭選擇X1(強烈推薦)或者X10(如下圖內部構造)。X1探頭輸入無衰減,輸入阻抗可以基本不計,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,測試效果會有一個十倍的衰減比,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倍探頭構造 poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

poYBAGPqITOAHxQ7AACOahN8N4I993.png

10倍探頭構造 poYBAGDYdXCAWkKMAAAAK8RNs4s030.png

②同軸電纜:(1)使用在負載特殊情況下的,需要進行全帶寬紋波測試;(2)最小環路法相對與同軸電 纜接地阻抗和測試環路還是偏大,使用同軸電纜產生的噪聲很小;(3)同軸電纜有極性,把它分別焊接 在電源端電容的兩側;(4)在高低溫測試情況下可以進行使用,比最小環路法方便。
4、測試方法:
①示波器探頭自帶的地線相當于一個小電感,會造成一定的失真振鈴,所以推薦使用最小環路法,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;數值擋位選擇20mv、時間擋位選擇10ms、10us。
③測試需要兩個測試波形:一個時開關紋波的累積量,來檢驗電源工作的穩定性和確保無振蕩;另一個是 單獨展開的紋波,來檢驗紋波的數值量。

2.3、測試通過標準

1)使用此電源模塊的產品在各設定情況下工作是否正常。
2)使用此電源模塊的產品,其電磁兼容性能(EMI與EMS)應不受電源模塊影響。
3)功耗符合產品定位,靜態及動態功耗符合產品定位要求及壽命要求。

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