DC/DC變換器紋波電壓測試

張文輝 袁文

(貴州航天計量測試技術研究所,貴州貴陽 550009)

DC/DC變換器紋波電壓測試

張文輝 袁文

(貴州航天計量測試技術研究所,貴州貴陽 550009)

紋波電壓是DC/DC變換器的重要參數(shù)。在元器件測試中是衡量DC/DC變換器是否合格的一項重要指標。因此如何正確測試紋波電壓參數(shù)是每個檢測員應特別注意的問題。本文簡要介紹了DC/DC變換器紋波電壓參數(shù)的測試方法,使大家能夠根據(jù)具體情況選用適宜、方便的測量方法,準確地測量到紋波電壓。

DC/DC變換器 紋波電壓 測試

1 引言

近年來DC/DC變換器發(fā)展十分迅速，由于其效率高、體積小、可靠性高的特性，應用非常廣泛。在直流電壓中，經(jīng)常存在疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量，也就是紋波。紋波容易在電子系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波從而降低變換器的效率、干擾數(shù)字電路的邏輯關系、干擾系統(tǒng)的正常工作，給整個電子設備的正常工作帶來非常嚴重的隱患。所以，DC/DC變換器在被安裝到電子系統(tǒng)中之前，通過可靠的測試方法準確測量出紋波電壓值并進行分析是十分必要的。

2 測試方法探討

在實際的工作中，針對不同環(huán)境和測量需要，為了準確測量出紋波電壓值會選擇不同但適當?shù)臏y量方法。

圖1 探頭直接測量法

圖2 同軸電纜測量法

圖3 雙絞線測量法

2.1 探頭直接測量法

因為所測量的DC/DC變換器紋波電壓中含有的高頻分量，必須使用特殊的測量技術，才能獲得正確的測量結(jié)果。首先為了測出紋波尖峰中的所有高頻諧波，一般要用20MHz以上帶寬的測量設備，如示波器或其他專用紋波測量儀器。其次在進行紋波測量時，必須非常小心，防止將錯誤信號引入測試設備中。測量時必須去掉探頭地線夾，因為在一個高頻輻射場中，地線夾會像一個天線一樣接收噪聲，干擾測量結(jié)果。也可使用帶有接地環(huán)的探頭，采用如圖1所示的測量方法來消除干擾。

2.2 同軸電纜測量法

在DC/DC變換器生產(chǎn)企業(yè)和篩選機構一般對DC/DC變換器進行批量測試，采用自動化測量其各項參數(shù)包括紋波電壓。探頭直接測量法就無法滿足快速測試的需求。圖2為一種使用50Ω同軸電纜來測量輸出紋波電壓的方法。同軸電纜直接與紋波測量儀器連接。測量值為實際值的1/2。大多DC/DC變換器自動測試系統(tǒng)選擇此種同軸電纜測量法。

2.3 雙絞線測量法

DC/DC變換器測量方法還有一種雙絞線測量法，如圖3所示。雙絞線最好為銅線，長度不可太長，實踐證明30cm為佳。雙絞線一端接DC/DC變換器輸出引腳，另一端并聯(lián)一只47μF的鉭電容，再接到紋波測量儀器上。電容的引線應盡可能短，注意極性不要接反。測量探頭的“地線”應盡可能接到地線環(huán)上，紋波測量儀器帶寬不小于50MHz，本身交流電源應有接地線。

3 紋波電壓測量技巧和注意事項

3.1 紋波電壓測量技巧

(1)選擇合適的紋波測量儀器以提高測試精度，測量紋波電壓一般使用示波器，選用帶寬大于50MHz的示波器即可。在沒有特殊要求的情況下，測量紋波時示波器測試帶寬默認為20MHz。因此應使用設置20MHz帶寬的示波器。如TDS3052C示波器，并能通過USB端口快速存儲波形，便于歸檔和分析。

(2)手動測量紋波電壓時使用探頭直接測量法比較多。對于引腳間距較短的DC/DC變換器建議使用雙絞線測量法，先如圖3連接好變換器和測量設備后再通電測量。

3.2 注意事項

(1)如果DC/DC變換器紋波電壓的測量條件是滿負載工作，應做好變換器的散熱處理特別是金屬殼變換器，并盡快短時間內(nèi)完成測試以免變換器滿負載工作時間過長造成損壞。

圖4 輸出紋波波形

(2)DC/DC變換器測量紋波電壓時負載的選擇也很關鍵，如果負載中含有容性或感性成分，就有可能產(chǎn)生諧波并疊回在的DC/DC變換器輸出端，對紋波的測量帶來影響。通過實踐證明選用滑線電阻器優(yōu)于電子負載。若使用電子負載測量紋波時，電子負載可選用恒阻態(tài)或恒流態(tài)，一般選用恒流態(tài)。不論哪種狀態(tài)，都要注意電子負載的正負端輸入，如果接錯，會造成電子負載的損壞。總之，測試過程中應盡量選擇紋波指標低的負載。

(3)開關電源的輸出的紋波噪聲與開關頻率有關。其紋波噪聲分為兩大部分，即紋波(包括開關頻率的紋波和周期及隨機性漂移)和噪聲(開關過程中產(chǎn)生)。此類DC/DC變換器的紋波電壓峰峰值Vp-p應包含紋波和噪聲，如圖4所示。

(4)當紋波電壓測量結(jié)果與技術指標存在嚴重差異(過大或過小)，首先檢查測試線路是否連接正常，其次查看變換器技術手冊測試時是否需要在外圍電路中增加濾波電感器、電容器。最后檢查測量設備，包括設備是否可靠接地，輸入電壓源紋波是否過大。

4 結(jié)語

通過以上總結(jié)我們可以發(fā)現(xiàn)，合理有效地選擇標準儀器、負載、輸出端接地方式、測試連接線和測試點，對于獲得DC/DC變換器的紋波電壓參數(shù)非常重要。在實際工作中，在測量之前，一定要清楚被測變換器有沒有特殊要求，應用行業(yè)有沒有特殊性或相關標準，最好能和制造商、客戶溝通并得到產(chǎn)品測試詳細規(guī)范，這樣的測量結(jié)果才能被各相關方認可。

DC/DC變換器紋波電壓的測試為評估其性能提供了依據(jù)，客戶可依此在整個電子系統(tǒng)中采取相應濾波設計，增加整個電子設備的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]同金,馬煜峰.直流電源輸出的紋波和噪聲的測量.電子測試,2010年2月.

[2]周志敏,周紀海,紀愛華.模塊化DC/DC實用電路.電子工業(yè)出版社,2004年4月.

[3]田芳寧,孫國強.電源紋波分析測試與抑制.電子質(zhì)量,2012年3月.

[4]徐強,董威.反激變換器輸出紋波電壓分析與測量.中國測試,2010年3月.

張文輝,男,工程師,學士學位,主要研究電學計量和混合集成電路測試。