開關(guān)穩(wěn)壓器的測(cè)量方法總結(jié)

開關(guān)穩(wěn)壓器因其具有非常高的效率優(yōu)勢(shì)，正在各個(gè)領(lǐng)域逐漸替代線性穩(wěn)壓器。

但由于開關(guān)穩(wěn)壓器通常被認(rèn)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(shí)上，現(xiàn)今很多高性能開關(guān)穩(wěn)壓器都已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)較小的輸出紋波，也同樣可以勝任許多高性能應(yīng)用和噪聲敏感型系統(tǒng)。因此，能正確地測(cè)量開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波就可以為很多設(shè)計(jì)提供更好的視角打下更良好的基礎(chǔ)。

本期小編就帶給大家簡(jiǎn)單總結(jié)一下開關(guān)穩(wěn)壓器的測(cè)量方法。

開關(guān)穩(wěn)壓器

本次用于展示輸出紋波測(cè)量方法的開關(guān)穩(wěn)壓器是矽力杰的SY8843，這是一顆1.5MHz開關(guān)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。

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在測(cè)量輸出紋波時(shí)，不同的測(cè)量方法收集到干擾的噪聲不同，測(cè)量結(jié)果掩蓋在噪聲中，影響了對(duì)電源轉(zhuǎn)換器性能的評(píng)估。接下來(lái)我們將簡(jiǎn)單介紹測(cè)試紋波的常見錯(cuò)誤以及正確操作示范。

示波器測(cè)試紋波

我們會(huì)使用示波器進(jìn)行紋波大小的測(cè)試。

一個(gè)新手工程師可能會(huì)用如下錯(cuò)誤方式測(cè)試輸出紋波，并得到以下結(jié)果。

圖1 錯(cuò)誤示例

圖2 (CH1輸出紋波 CH4輸出電流)

這種測(cè)試方式的錯(cuò)誤之處在于，直接使用了示波器探頭的長(zhǎng)接地引線。這使得信號(hào)端和引線形成了較大的環(huán)路，從而會(huì)引入額外的電感，并在開關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的振鈴。如圖中的大幅度瞬變并不是開關(guān)穩(wěn)壓器的實(shí)際輸出紋波，只是一種測(cè)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(cè)試方法下開啟了示波器的帶寬限制測(cè)得的結(jié)果，這樣也只能抑制帶寬之外的瞬變，測(cè)得的依然并非是實(shí)際的紋波狀態(tài)。

改善測(cè)試紋波

為了減小雜散電感，常見的方法是拆除標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭的長(zhǎng)接地引線，將其管體連接至接地基準(zhǔn)點(diǎn)，使整個(gè)探測(cè)環(huán)路最小化。我們可以通過(guò)使用ECB 到探頭尖端適配器(圖4)或者線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)常見的直插電阻就能方便地被DIY成一個(gè)線圈(圖5)。

圖4 使用ECB到探頭尖端適配器? ? ? ? ? 圖5 錯(cuò)誤示例

下圖是使用上述方式測(cè)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(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波。這是因?yàn)槭静ㄆ鞯奶綔y(cè)尖端測(cè)量的是EVB板的輸出，其到開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出之間的走線存在著寄生電感。

為了測(cè)量開關(guān)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(jìn)行探測(cè)，如圖7所示。

圖7 正確示范操作

下圖為使用該方法測(cè)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(duì)于只需要關(guān)心輸出紋波峰峰值大小的應(yīng)用，圖8的結(jié)果已經(jīng)足夠了。但是若想要了解更多紋波的細(xì)節(jié)，那么圖8的波形則尚嫌不足。

這是因?yàn)槲覀兪褂玫氖浅Ｒ姷腦10倍示波器探頭，真實(shí)的信號(hào)會(huì)先經(jīng)過(guò)1/10分壓進(jìn)入示波器進(jìn)行采樣。在輸入紋波很小，并且經(jīng)過(guò)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(shí)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(wú)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(cè)得的開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波波形如圖11所示，我們除了能更準(zhǔn)確地測(cè)得輸出紋波的峰峰值之外，還能看到更多細(xì)節(jié)，諸如因?yàn)檩敵鲭娙軪SL導(dǎo)致的紋波瞬變。這些細(xì)節(jié)能可以更好地協(xié)助工程師進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)。

圖10 CH1同軸電纜與CH2 10X探頭的測(cè)試對(duì)比

圖11 使用同軸電纜測(cè)得開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波

讓我們來(lái)簡(jiǎn)單做一個(gè)小結(jié)，開關(guān)穩(wěn)壓器輸出紋波的測(cè)量方法過(guò)程可以概括如下：

1. 使用示波器的帶寬限制功能；

2. 使用ECB到探頭尖端適配器或者線圈的方式進(jìn)行最小環(huán)路接地；

3. 直接測(cè)量穩(wěn)壓器輸出電容兩端的信號(hào)；

4. 推薦使用1倍探頭或-同軸電纜進(jìn)行測(cè)量。

編輯：黃飛