开关电源与纹波的千丝万缕

  随着SWITCH 的开关,电感L 中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH 同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR 有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。

  另外,SWITCH 一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH 上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D 在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。


  如果是AC/DC 变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC 噪声,频率是输入AC 电源的频率,为50~60Hz 左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。因为本人是做汽车电子研发的,对于后两种噪声接触较少,所以暂不考虑。

  开关电源纹波的测量

  基本要求:使用示波器AC 耦合,20MHz 带宽限制,拔掉探头的地线

  1,AC 耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。

  2,打开20MHz 带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。

  3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。

  还有一点是要使用50Ω 终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω 模块是除去DC 成分,精确测量AC 成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ 到10MΩ 的探头测量,影响暂时不清楚。

  上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω 同轴电缆方式测量。

  在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz 级别。其他与上述相同。

  可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可。