带您了解DC-DC电源测试哪些项目?

发布日期:2024-01-22     389 次

电源启动过程中,电源电压应保持单调爬高。即电源电压应该接连上升至所设置的稳压值,中间不该产生下跌。假如电源不能供给足够的输出功率,则会形成下跌。


另外,有的芯片对供电爬升时间有限制要求,比如美信有一款编串芯片要求3.3和1.8电源同时上电且爬坡时间小于1.5ms。可以通过调整软启动电容容值改变启动时间。

2.降额

电源输入范围要满足芯片规格,留有余量。输出平均电流及最大电流要小于电感额定电流及饱和电流,降额使用。

3.输出对地短路

对输出短路,监测输出电压及电流,观察是否冒烟冒火。在短路解除后,监测输出电压及电流,确认是否可以恢复正常工作状态。

短路后:

短路解除:

4.纹波+噪声

(1)纹波噪声形成原因

电源的纹波是指电源输出电压的波动。纹波的形成是因为电流流过输出电容在电容的ESR上所引起的压降,开关电源中不断地有脉动的电流流经电容,所以它的纹波频率等于开关频率。

脉动的电压波动上叠加了开关电源开关信号所引起的开关噪音。

下面一张图可以对纹波噪声有直观了解。

展开后看细节:

(2)如何测量纹波

A.示波器耦合方式选择“AC”。

B.进行电源纹波和噪声测试推荐采用衰减比为 1:1 的示波器探头,因为 1:1 衰减比的探头对信号没有衰减那么在示波器里也不会再进行放大,因此不会放大示波器前端的本底噪声。

C.测试电源纹波可以将示波器硬件带宽限制到 20MHz。主要是为了避免数字电路的高频噪声影响纹波的测量,尽量保证测量的准确性。如果开关频率较高,也可以考虑设置示波器全带宽,同时关注底噪的影响。

D.测试点选择输出瓷片电容两端,探头与电感保持距离。探头接地尽量短,地线最好不要超过2CM。

接地线可以自己焊接到电容,还有用接地弹簧的,用着不安全,也不顺手。

(3)纹波噪声抑制

抑制纹波:

A.选择低ESR的电容。

B.加大电容容值。

C.优化电源布局布线。

D.提高开关频率。

抑制开关噪声:

A.SW加缓冲吸收电路。

B.外置MOS栅极串小阻值电阻,使开关边沿变缓。

C.内置MOS可以在Cboot电容上串接小阻值电阻,使开关边沿变缓。

5.温升

Tj=Tc+θjc×P
Tj:芯片(结点)温度,

Tc:封装外壳温度(℃),

θja:结点到环境间的热阻(℃/W),

θjc:结点到外壳间的热阻(℃/W),

P:功耗(W)。

Tj计算后要小于芯片规格书最大值,且留有10-15℃的裕量。

6.负载瞬态响应

使用电子负载,设定负载电流在0-80%满载电流之间变化,并设定上升下降速率(slew rate)。

测量输出电压纹波及噪声及over shoot及under shoot是否满足芯片规格及设计要求。观察输出电压在电流变化的边沿是否有震荡,有的话说明环路稳定性有问题。


7.环路稳定性

衡量开关电源稳定性的指标是相位裕度和增益裕度。同时穿越频率,也应作为一个参考指标。

定义:
(1) 相位裕度是指:增益降到0dB时所对应的相位。

(2) 增益裕度是指:相位为0deg时所对应的增益大小(实际是衰减)。

(3) 穿越频率是指:增益为0dB时所对应的频率值。

判定标准:

(1)、在室温和标准输入、正常负载条件下,闭环回路增益为0dB(无增益)的情况下,相位裕度是应大于45 度;如果输入电压、负载、温度变化范围非常大, 相位裕度不应小于30度。
(2)、同步检查在相位接近于0deg时,闭环回路增益裕度应大于7dB,为了不接近不稳定点,一般认为增益裕度12dB以上是必要的。
(3)、同时依据测试的波特图对电源特性进行分析,穿越频率按20dB/Dec闭合,频带宽度一般为开关频率的1/20~1/6。

过高则不稳定,过低则响应速度过慢。

测试仪器:环路响应分析仪

测试连接方法:

8.rush电流

电流rush和均值要小于电源提供能力,电感磁珠等要满足设计需求。

9.诊断

有些对外部供电的接口需要具备诊断功能,这就要求选择的电源芯片能够检测负载状态,可以分辨正常工作、输出过流、对地对电源短路、过压。芯片需要具备一个模拟量输出信号给到MCU监测。

10.SW开关噪声

SW开关波形如下,

展开后可看到振铃细节,

加snubber缓冲吸收电路后,振铃改善。但开关损耗增加,snubber电阻越大损耗越大。


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