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测试工控设备电源、3D打印机电源等开关电源纹波时,地线要短

来源:   发布时间:2019-06-09   点击量:281

测试工控设备电源3D打印机电源等开关电源纹波时,地线要短

我们也对测试工控设备电源、3D打印机电源等开关电源纹波时,很多内容都是说了很多遍的,本文就从波纹时注意的事项之地线要短这一方面来说。


工控设备电源、3D打印机电源等开关电源的纹波是指,叠加在开关电源输出电压上,频率与开关频率一致的交流量,其产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。而噪声一般是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。

纹波测量:用同轴电缆从电源模块上引出输出,接到隔直板上,然后再通过同轴电缆接入示波器。示波器阻抗选择50欧姆,AC耦合,带宽限制在20MHz,然后进行测量与读数。测出的波形一般近似于三角波。 
我们在测试纹波的时候,希望能够测试准确,不希望其他频段的干扰引入导致测试数据异常。所以用同轴电缆或者探头测试纹波的时候,地线的处理都尤为关键,否则会通过地线引入不必要的噪声。

问题在纹波波形中表现为高频拾取。在工控设备电源、3D打印机电源等开关电源中,存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形,其中包括耦合自电源变压器的磁场,耦合自开关节点的电场,以及由变压器互绕电容产生的共模电流。

DC/DC模块的电源纹波指标是一项很重要的参数。干净的电源是数字电路稳定工作的前提,也是模拟器件的各项参数的重要保障。为确定电源的质量,必须对DC/DC模块的输出纹波进行测量。但很多人测量得到的纹波值动辄上百mV,甚至几百mV,远远比器件手册提供的最大纹波值大,这主要是测量方法的不正确造成的。

正确的测量方法
1)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。
2)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)。
3)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,可以拆除探头的接地线和外壳,露出探头地壳,自制接地线缠绕在探头地壳上,保证接地线长度小于1cm。
4)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。例如:当示波器和其他仪器共插线板时,其他仪器的开关可能通过接地线给测试带来噪声干扰。

地线过长,导致测试结果明显不正确。
探头的GND和信号两个探测点的距离也非常重要,当两点相距较远,会有很多EMI噪声辐射到探头的信号回路中(如下图所示),示波器观察的波形包括了其他信号分量,导致错误的测试结果。所以要尽量减小探头的信号与地的探测点间距,减小环路面积。


在隔离电源中,会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降,从而表现为纹波。要防止这一问题的出现,我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外,将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器,其在不影响差分电压测量的同时,还减少了共模电流引起的测量误差。
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