在圖 1 所示的示例中,一名初級(jí)工程師完全錯(cuò)誤地使用了一臺(tái)示波器。他的第一個(gè)錯(cuò)誤是使用了一支帶長(zhǎng)接地引線的示波器探針;他的第二個(gè)錯(cuò)誤是將探針形成的環(huán)路和接地引線均置于電源變壓器和開關(guān)元件附近;他的最后一個(gè)錯(cuò)誤是允許示波器探針和輸出電容之間存在多余電感。該問題在紋波波形中表現(xiàn)為高頻拾取。在電源中,存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號(hào)電壓和電流波形,其中包括耦合自電源變壓器的磁場(chǎng),耦合自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng),以及由變壓器互繞電容產(chǎn)生的共模電流。
利用正確的測(cè)量方法可以大大地改善測(cè)得紋波結(jié)果。首先,通常使用帶寬限制來規(guī)定紋波,以防止拾取并非真正存在的高頻噪聲。我們應(yīng)該為用于測(cè)量的示波器設(shè)定正確的帶寬限制。其次,通過取掉探針“帽”,并構(gòu)成一個(gè)拾波器(如圖 2 所示),我們可以消除由長(zhǎng)接地引線形成的天線。將一小段線纏繞在探針接地連接點(diǎn)周圍,并將該接地連接至電源。這樣做可以縮短暴露于電源附近高電磁輻射的端頭長(zhǎng)度,從而進(jìn)一步減少拾波。
最后,在隔離電源中,會(huì)產(chǎn)生大量流經(jīng)探針接地連接點(diǎn)的共模電流。這就在電源接地連接點(diǎn)和示波器接地連接點(diǎn)之間形成了壓降,從而表現(xiàn)為紋波。要防止這一問題的出現(xiàn),我們就需要特別注意電源設(shè)計(jì)的共模濾波。另外,將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個(gè)共模電感器,其在不影響差分電壓測(cè)量的同時(shí),還減少了共模電流引起的測(cè)量誤差。圖 2 顯示了該完全相同電路的紋波電壓,其使用了改進(jìn)的測(cè)量方法。這樣,高頻峰值就被真正地消除了。
實(shí)際上,集成到系統(tǒng)中以后,電源紋波性能甚至?xí)?。在電源和系統(tǒng)其他組件之間幾乎總是會(huì)存在一些電感。這種電感可能存在于布線中,抑或只有蝕刻存在于 PWB 上。另外,在芯片周圍總是會(huì)存在額外的旁路電容,它們就是電源的負(fù)載。這二者共同構(gòu)成一個(gè)低通濾波器,進(jìn)一步降低了電源紋波和/或高頻噪聲。在極端情況下,電流短時(shí)流經(jīng) 15 nH 電感和 10 μF 旁路電容的一英寸導(dǎo)體時(shí),該濾波器的截止頻率為 400 kHz。這種情況下,就意味著高頻噪聲將會(huì)得到極大降低。許多情況下,該濾波器的截止頻率會(huì)在電源紋波頻率以下,從而有可能大大降低紋波。經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師應(yīng)該能夠找到在其測(cè)試過程中如何運(yùn)用這種方法的途徑。
相關(guān)閱讀:【電源設(shè)計(jì)小貼士1】:如何為電源選擇正確的工作頻率?
http://forexsooq.com/power-art/80020047
【電源設(shè)計(jì)小貼士2】:如何駕馭噪聲電源?
http://forexsooq.com/power-art/80020056
【電源設(shè)計(jì)小貼士3】:阻尼輸入濾波器
http://forexsooq.com/power-art/80020066
【電源設(shè)計(jì)小貼士4】:阻尼輸入濾波器系列2
http://forexsooq.com/power-art/80020076
【電源設(shè)計(jì)小貼士5】:降壓控制器在電源設(shè)計(jì)中的使用
http://forexsooq.com/power-art/80020091