DCDC电源测试以及纹波测试方法
一、测试项目
1)输入电压范围。在轻载和后级电路满负荷的情况下,输入电压无骤降或拉低,计入波动之后,不低于最低输入电压。
2)输出电压稳定性。测试无负载情况下输出电压值及波动;测试满足后级电路最大负载情况下的输出电压波形及其波动,并单独测试其纹波;测试在负载越变情况下的输出电压波形以及波动,并测试其纹波。要求计入纹波和其他干扰后输出电压无骤降,同时满足所带负载芯片的电压输入范围,并留有20%余量。
3)反馈波形测量。测试无负载和满载情况下SW波形的实际波形,是否满足Datasheet所给出的波形参照。
4)输入输出电流。能满足后级电路的最大消耗,保证后级消耗最大只占到可输出电流的70%-90%。
5)电源极端条件下的工作情况。在产品规定的温度范围上限和下限,要求输出电压和电流仍能满足工作要求。在产品规定高温情况下,或电源芯片的工作上限温度下,能正常工作,不过热。
二、测试方法
2.1、测试条件
1)使用示波器时首先对示波器自身进行校准,使用所带的方波发生器测量出无损的方波波形。
2)限制示波器带宽为 20MHz(大多中低端示波器档位限制在20MHz,高端产品还有 200MHz 带宽限制的选择),目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量,尽量保证测量的准确性。
3)设置耦合方式为交流耦合,方便测量(以更小档位来仔细观测纹波,不关心直流电平)。
4)电压幅值设为mV级别,时间设为mS级别,打开频率、峰值等需要查看的数据。
5)保证探头接地尽量短(测量纹波动辄上百 mV 的主要原因就是接地线太长),尽量使用探头自带的原装测试短针。如果没有测试短针,使用弹簧测试针进行测试。
6)示波器地悬空,只通过探头地与测试信号的参考点共地,不要通过其他方式与测试设备共地,这样会给纹波测量引入很大的地噪声。
7)电源的输出端存在差模和共模两种噪声,同时纹波噪声容易受到环境中随机噪声及电源辐射噪声的影响. 探头地线的寄生电感与示波器输入电容形成LC 谐振电路,将高频噪音放大,探头地线会感应电源模块的辐射噪音,所以必须把探头地线移掉。
8)测试过程中示波器探头远离周围的干扰器件。
9)使用高低温箱,测量产品工作情况,并检测电源部分输出电压与输出电流。
10) 用信通院直流电源设备N6705,记录一定时间长度内的产品工作情况,记录电源部分输入电流变化。
2.2、电源纹波测试
(1)电源纹波定义:输出直流电压中含有的交流成分。
(2)电源纹波的产生:一.开关电源的开关纹波,频率基本在几十KHz到几MKHz;二. 开关电源的高频纹波,频率比开关纹波大,主要是由电路寄生参数和PCB布局产生;三. 负载变化引入的纹波,变化如下图所示。
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(3)纹波建议测量方法:
1、工具选择:示波器
2、带宽选择:合理根据所测试大带宽选择合适的示波器(公司只有一种示波器,这一步进行忽略)
3、探头选择:
一. 电压探头;二. 同轴电缆(有条件尽量使用此方法); 三. 差分探头(没有条件,进行忽略);
① 电压探头:(1)使用电压探头时需要提前校准;(2)探头选择X1(强烈推荐)或者X10(如下图内部构造)。X1探头输入无衰减,输入阻抗可以基本不计,只有示波器本身的1MΩ;X10探头的输入阻抗为9MΩ,示波器本身的1MΩ,总输入阻抗为10MΩ,测试效果会有一个十倍的衰减比,降低了信噪比,由于纹波属于小信号,所以本身没有1倍探头合适。
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②同轴电缆:(1)使用在负载特殊情况下的,需要进行全带宽纹波测试;(2)最小环路法相对与同轴电 缆接地阻抗和测试环路还是偏大,使用同轴电缆产生的噪声很小;(3)同轴电缆有极性,把它分别焊接 在电源端电容的两侧;(4)在高低温测试情况下可以进行使用,比最小环路法方便。
4、测试方法:
①示波器探头自带的地线相当于一个小电感,会造成一定的失真振铃,所以推荐使用最小环路法,使用弹 簧探针或者绕制焊锡丝(不推荐)。
②示波器带宽限制在20MHz打开;交流耦合;数值挡位选择20mv、时间挡位选择10ms、10us。
③测试需要两个测试波形:一个时开关纹波的累积量,来检验电源工作的稳定性和确保无振荡;另一个是 单独展开的纹波,来检验纹波的数值量。
2.3、测试通过标准
1)使用此电源模块的产品在各设定情况下工作是否正常。
2)使用此电源模块的产品,其电磁兼容性能(EMI与EMS)应不受电源模块影响。
3)功耗符合产品定位,静态及动态功耗符合产品定位要求及寿命要求。
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