今天分享電源紋波測試相關內容。

開關穩(wěn)壓器因其具有非常高的效率優(yōu)勢，正在各個領域逐漸替代線性穩(wěn)壓器。

但由于開關穩(wěn)壓器通常被認為具有很大的輸出紋波(Ripple)，所以很多工程師在高性能和噪聲敏感型系統(tǒng)中只考慮使用低壓差(LDO)穩(wěn)壓器。

而事實上，現(xiàn)今很多高性能開關穩(wěn)壓器都已經可以實現(xiàn)較小的輸出紋波，也同樣可以勝任許多高性能應用和噪聲敏感型系統(tǒng)。因此，能正確地測量開關穩(wěn)壓器的輸出紋波就可以為很多設計提供更好的視角打下更良好的基礎。

本期小編就帶給大家簡單總結一下開關穩(wěn)壓器的測量方法。

開關穩(wěn)壓器

本次用于展示輸出紋波測量方法的開關穩(wěn)壓器是矽力杰的SY8843，這是一顆1.5MHz開關頻率，3A輸出電流的高效率同步降壓DC/DC，擁有極小的輸出紋波。

在測量輸出紋波時，不同的測量方法收集到干擾的噪聲不同，測量結果掩蓋在噪聲中，影響了對電源轉換器性能的評估。接下來我們將簡單介紹測試紋波的常見錯誤以及正確操作示范。

示波器測試紋波

我們會使用示波器進行紋波大小的測試。

一個新手工程師可能會用如下錯誤方式測試輸出紋波，并得到以下結果。

圖1 錯誤示例

圖2 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

這種測試方式的錯誤之處在于，直接使用了示波器探頭的長接地引線。這使得信號端和引線形成了較大的環(huán)路，從而會引入額外的電感，并在開關轉換過程中產生嚴重的振鈴。如圖中的大幅度瞬變并不是開關穩(wěn)壓器的實際輸出紋波，只是一種測量假象。

圖3 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

相較圖2，圖3是在相同測試方法下開啟了示波器的帶寬限制測得的結果，這樣也只能抑制帶寬之外的瞬變，測得的依然并非是實際的紋波狀態(tài)。

改善測試紋波

為了減小雜散電感，常見的方法是拆除標準示波器探頭的長接地引線，將其管體連接至接地基準點，使整個探測環(huán)路最小化。我們可以通過使用ECB 到探頭尖端適配器(圖4)或者線圈來實現(xiàn)。一個常見的直插電阻就能方便地被DIY成一個線圈(圖5)。

圖4 使用ECB到探頭尖端適配器 圖5 錯誤示例

下圖是使用上述方式測得的輸出紋波波形。 相較于圖3的波形，高頻的瞬變已得到了明顯的改善。

圖6 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

但這仍然不是真正的開關穩(wěn)壓器的輸出紋波。 這是因為示波器的探測尖端測量的是EVB板的輸出，其到開關穩(wěn)壓器的輸出之間的走線存在著寄生電感。

為了測量開關穩(wěn)壓器真正的輸出紋波，我們建議改為直接在輸出電容上進行探測，如圖7所示。

圖7 正確示范操作

下圖為使用該方法測得的輸出紋波波形。

圖8(CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

正確操作示范

對于只需要關心輸出紋波峰峰值大小的應用，圖8的結果已經足夠了。 但是若想要了解更多紋波的細節(jié)，那么圖8的波形則尚嫌不足。

這是因為我們使用的是常見的X10倍示波器探頭，真實的信號會先經過1/10分壓進入示波器進行采樣。 在輸入紋波很小，并且經過1/10分壓后，其與示波器的本底噪聲相近，所以圖8的波形上實際疊加了很多示波器的本底噪聲。

因此，我們建議使用1倍無源探頭或使用-同軸電纜，如圖9 所示。

圖9 推薦示例

采用同軸電纜測得的開關穩(wěn)壓器的輸出紋波波形如圖11所示，我們除了能更準確地測得輸出紋波的峰峰值之外，還能看到更多細節(jié)，諸如因為輸出電容ESL導致的紋波瞬變。 這些細節(jié)能可以更好地協(xié)助工程師進行下一步的設計。

圖10 CH1同軸電纜與CH2 10X探頭的測試對比

圖11 使用同軸電纜測得開關穩(wěn)壓器的輸出紋波

讓我們來簡單做一個小結，開關穩(wěn)壓器輸出紋波的測量方法過程可以概括如下：

使用示波器的帶寬限制功能;

使用ECB到探頭尖端適配器或者線圈的方式進行最小環(huán)路接地;

直接測量穩(wěn)壓器輸出電容兩端的信號;

推薦使用1倍探頭或-同軸電纜進行測量。

　　審核編輯：湯梓紅