DCDC电源纹波测试方法

输出电压纹波是电源转换器的一个重要参数。某些负载对供电的电压纹波非常敏感，而某些Vcore对供电电压的要求 很高，需满足严格的容受范围，其中包括静态容忍度、供电电压纹波和负载瞬态过冲/下冲电压。要能准确测量纹波 不容易，特别是对于高频开关式电源转换器。本篇应用笔记将介绍一些实用的设计技巧来测量输出电压纹波。 ### DCDC电源纹波测试方法 #### 一、导言 在电源管理领域，DC-DC转换器作为关键部件被广泛应用于各种电子设备中。输出电压纹波是衡量电源转换器性能的重要指标之一，它直接影响到系统的工作稳定性和可靠性。由于某些负载（如微处理器的Vcore）对电压纹波特别敏感，因此对供电电压的要求非常高，必须严格控制在一定的容受范围内，包括静态容忍度、供电电压纹波以及负载瞬态时的过冲/下冲电压。然而，在实际测试中，尤其是在高频开关式电源转换器上准确测量纹波是一项具有挑战性的任务。 #### 二、技巧 1：检查设备和环境杂讯 进行纹波测量前，首先需要确保测试环境的干净无干扰。这意味着要排除所有可能的杂讯来源，包括但不限于电源线的电磁干扰、周围设备产生的射频干扰以及地线布局不当导致的问题。此外，还需要注意探头的选择和使用方式，选择低噪声的探头并确保正确连接，避免引入额外的噪声。 #### 三、技巧 2：了解可能期望的纹波信号种类 纹波信号通常可以分为两类：周期性纹波与随机纹波。周期性纹波是由DC-DC转换器的开关频率引起的，可以通过调节开关频率来改变其特性；而随机纹波则来源于电源内部的热噪声、散粒噪声等，这些噪声无法通过调整转换器参数来消除。在测量过程中，应明确目标纹波类型，并选择合适的滤波器进行针对性测量。 #### 四、技巧 3：了解寄生效应 寄生效应是指电路中存在的一些未被设计者预期的因素，例如寄生电感、寄生电容等。这些效应会直接影响纹波的测量结果。为了减少寄生效应的影响，可以采取以下措施： - 减少测试线路的长度； - 使用高质量的电缆和连接器； - 在必要时采用去耦电容来过滤高频噪声； - 优化PCB布局，确保信号路径尽可能短且直。 #### 五、技巧 4：影响纹波测量的开关转换器中的噪声源 开关转换器内部存在着多种噪声源，它们都会对纹波测量结果产生影响。常见的噪声源包括： - 开关管的开关过程产生的噪声； - 输入电源的噪声； - 控制回路的不稳定因素； - 储能元件（如电感和电容）的质量问题。 为减小这些噪声的影响，可以考虑增加滤波网络、优化控制回路设计、选择高质量的储能元件等方式来降低噪声水平。 #### 六、技巧 5：低噪声开关信号测量 为了获得更精确的纹波测量结果，需要注意以下几个方面： - 使用高带宽示波器进行测量，以便捕捉到高频信号的变化； - 采用适当的触发模式来锁定感兴趣的信号，比如边沿触发或脉宽触发； - 选用低噪声的探头，并确保探头与被测电路之间的连接尽可能短； - 适当调整示波器的采样率和存储深度，以获得更高的分辨率。 #### 七、实际案例 1：RT6252A ACOT®降压转换器，应用于 12V 到 5V、2A 的小型应用 在本案例中，RT6252A ACOT®降压转换器用于将12V输入电压转换为5V、2A的输出。通过对转换器输出端的纹波进行测量，可以观察到其性能表现。具体步骤包括： - 确认测试环境无杂讯干扰； - 设置示波器以捕获特定频率范围内的纹波信号； - 分析纹波数据，确保其符合预期的设计要求。 #### 八、实际案例 2：RT5760A ACOT®降压转换器，应用于 5V 到 1.2V，1A，小尺寸，低纹波应用 此案例涉及的RT5760A ACOT®降压转换器主要用于低纹波应用，要求输出电压稳定性极高。在测量过程中，重点放在了减小寄生效应和提高测量精度上： - 优化PCB布局，减少信号路径上的寄生效应； - 使用高性能的测量仪器来确保纹波数据的准确性； - 对比不同条件下的测量结果，评估转换器的实际性能。 #### 九、DC-DC 转换器增益相位测量设置技巧 为了更全面地评估DC-DC转换器的性能，还需要对其进行增益相位测量。这涉及到对控制回路的响应特性的分析，可以帮助工程师更好地理解转换器的稳定性及其动态行为。进行此类测量时应注意： - 选择合适的测试信号发生器； - 采用精确的测量仪器进行数据采集； - 分析控制回路的传递函数，确保系统的稳定运行。 #### 十、实用增益相位测量范例 以某一特定型号的DC-DC转换器为例，展示如何进行增益相位测量： - 配置信号发生器，产生所需的测试信号； - 将信号送入转换器的输入端； - 使用示波器或其他测量仪器记录输出响应； - 分析数据，确定转换器的增益和相位特性。 #### 十一、总结/实用建议 通过对DC-DC转换器输出电压纹波的测量，我们可以了解到其在不同工况下的性能表现。为了确保测量结果的准确性，需要注意以下几个关键点： - 保持测试环境的干净无干扰； - 明确目标纹波类型，并选择合适的测量策略； - 减少寄生效应的影响； - 减轻开关转换器中的噪声源； - 采用高性能的测量仪器； - 进行增益相位测量以评估转换器的整体性能。 通过上述技巧的应用，可以有效地提高DC-DC转换器输出电压纹波的测量精度，从而确保电子系统能够稳定可靠地工作。