如何衡量一个示波器电源纹波
大多数台式电源和电力监管机构主要用于电子开关监管机构,这可能会进一步孤立或non-isolated取决于安全问题。电力供应和电力监管机构可以表现出不同程度的噪声要求接地策略和连接负载。当你测试一台电源或车载功率调节器,重要的是要正确地测量噪声产生。
测量噪声功率调节器的主要工具是一个示波器,甚至一个频谱分析仪,如果你想看看噪声功率谱。帮助新工程师更好地处理噪声他们在电力电子,可以期待下面的指南概述如何捕捉准确的用一个示波器电源噪声的测量。
在一个示波器电源噪声
一个示波器可以用来直接采样波形在时域测量和显示到用户。电力供应,这就需要添加一个负载输出与标准的高带宽和连接到电路调查。可以找到所需组件的完整列表如下:
- 探测器使用所需的带宽和衰减率(10:1是合适的)
- 如果可用,使用微分探测高度精确测量,否则单端是适当的
- 电阻负载,最好是足够高的电阻稳定调节器
对于这些测试的连接非常简单:将负载的输出电源和示波器测量。精密电阻可以处理高功耗(~ 1 W)的顺序需要测量,特别是如果您将运行这个测量在更高的电压。然后直接测量的输出终端的功率调节器。
在这个配置中,我们希望能够测量主开关波形与主开关式稳压器电路的电感器。在一个更高级的孤立系统,比如LLC谐振变换器、一次侧电感器、变压器和并联电容器将决定的脉动频率和强度在二次侧。输出电容器银行(和帽子的ESR值)的大小将决定脉动测量输出端口。
量化噪声
在最初驱动电源,将时域波形示波器,波形会出现非常低的水平由于电压和直流偏置部门设置。减少伏特每部门和时间部门设置将影响到查看区域和解决的主要脉动成分与电感有关。波形应该出现的噪声叠加在一个恒定的电压。可能存在大峰,表明切换事件,类似如下测量。
大山峰上观察到的输出功率调节器。
从这里开始,有三个可能的噪声指标,我们会关心:
- 时域波形的主要频率成分
- 峰电压,或者从名义直流峰值电压偏移
- RMS电压或额定直流值的标准偏差
的峰电压或RMS电压可以从一个自动提取在大多数示波器测量。如果你的范围不包含一个自动测量,您将需要使用一组游标标记测量或您需要改变水平/垂直部门来测量。
一般来说,在连续导电模式运行时,输出将semi-smooth波形上的涟漪,一个三角形的形状。它不会是完美的三角,有两个原因:高频探头和示波器输入滚边,和任何供应输出低通滤波。然而,通常看到额外的频率成分叠加的主要脉动与电感器。
探测器电容
典型的切换频率的开关电源(元素同步或异步)可以在100千赫至10 MHz。探头用于测量将添加一些电容开关式稳压器的输出,这将修改的外观出现在示波器的波形。理想情况下,探针应该与最小带宽达到约100 MHz探头电容(< 100 pF)得到最准确的测量波形的切换。
为什么需要一个负载?
有时有知觉时,负载不应包括使用示波器测量电源纹波。包含负载相当重要的描述噪声的输出电源。这是因为操作特征,因此你将测量的噪声波形,取决于连接到电源的负载。
一般来说,台式电源和电力监管机构设计运行在连续导电模式所以电感电流(当前离开开关节点)总是大于零。电源也可以故意设计为间断地运行。在这两种情况下,需要匹配的负载操作范围
如果负载太小,那么飙升(振铃)可能会出现在调节器的输出。如果有铃声在输出寄生可能创建欠阻尼的振动时,电感电流下降到零,后跟一个切换到向前传导。响的香料结果下面显示一个例子,可以观察到由于不连续模式中运行,以及过度电感调节器的输出。
定期兴奋响上开关式稳压器的输出电路。在这篇文章中了解更多关于这些问题。
在这种情况下,重要的是探测器的感应区域近场探测工件是否可以看到开关噪声,或者用一个更大的负载和输出稳定。在某个最小负载电阻,开关式稳压器电路的操作将过渡到连续和振铃事件应该停止。
电力铁路涟漪在数字系统呢?
这里使用的技术可以用来测量纹波沿着铁路,直接探测的rails或近场探头。近场探头可以接领域的其他区域,所以直接接触探针测量沿铁路将是可取的。这通常是通过同轴探针与SMA,这个理想将阻抗匹配示波器的输入阻抗以正确确定高频噪声分量的大小。
另一个因素在这些测量是数字组件的负载特征。电力铁路在数字系统是连接到一个开关元件,开关从高到低阻抗取决于一个CMOS缓冲电路输入数据信号。所以,你实际上是测量电压在一个非常低阻抗电路,开关迅速,而不是与固定负载直流电阻测量。
生产的连接测量也不相同的连接用于功率调节器的输出噪声测量。在电源的输出噪声测试,输出被测量的输出终端调节电路电压调节模块(VRM)。电力铁路喂养一个大型数字处理器,涟漪由于电力铁路崩溃在Vcc / Vdd输入,可以有任意数量的中频振荡不与功率调节器开关噪声。
你可能看到这样的强大的峰值电力铁路在数字系统。
测量功率铁路连锁由于开关的I / Os,理想的测量位置是在铁路的输出功率。在现实中,这通常是困难的在PCB生产结构,所以其他一些点需要连接探测器发现。生产可以跨多个层,它可以连接到一个大型处理器在多个点。另外一个例子,生产部门可以为不同的rails,每个都有自己的电源完整性问题取决于轨道之间的转移阻抗。
这些测量是复杂得多,他们需要更多的专用设备,这个讨论将在以后的文章中进行讨论。然而,一般来说,测量可以在时域或频域,后者被用矢量网络分析仪。
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