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DC-DC電源測試哪些計畫

2024-01-18科學

1.單調性

電源啟動過程中,電源電壓應保持單調爬高。即電源電壓應該接連上升至所設定的穩壓值,中間不該產生下跌。假如電源不能供給足夠的輸出功率,則會形成下跌。

另外,有的芯片對供電爬升時間有限制要求,比如美信有一款編串芯片要求3.3和1.8電源同時上電且爬坡時間小於1.5ms。可以透過調整軟啟動電容容值改變啟動時間。

2.降額

電源輸入範圍要滿足芯片規格,留有余量。輸出平均電流及最大電流要小於電感額定電流及飽和電流,降額使用。

3.輸出對地短路

對輸出短路,監測輸出電壓及電流,觀察是否冒煙冒火。在短路解除後,監測輸出電壓及電流,確認是否可以恢復正常工作狀態。

短路後:

短路解除:

4.紋波+雜訊

(1)紋波雜訊形成原因

電源的紋波是指電源輸出電壓的波動。紋波的形成是因為電流流過輸出電容在電容的ESR上所引起的壓降,開關電源中不斷地有脈動的電流流經電容,所以它的紋波頻率等於開關頻率。

脈動的電壓波動上疊加了開關電源開關訊號所引起的開關噪音。

下面一張圖可以對紋波雜訊有直觀了解。

展開後看細節:

(2)如何測量紋波

A.示波器耦合方式選擇「AC」。

B.進行電源紋波和雜訊測試推薦采用衰減比為 1:1 的示波器探頭,因為 1:1 衰減比的探頭對訊號沒有衰減那麽在示波器裏也不會再進行放大,因此不會放大示波器前端的本底雜訊。

C.測試電源紋波可以將示波器硬體頻寬限制到 20MHz。主要是為了避免數位電路的高頻雜訊影響紋波的測量,盡量保證測量的準確性。如果開關頻率較高,也可以考慮設定示波器全頻寬,同時關註底噪的影響。

D.測試點選擇輸出瓷片電容兩端,探頭與電感保持距離。探頭接地盡量短,地線最好不要超過2CM。

接地線可以自己焊接到電容,還有用接地彈簧的,用著不安全,也不順手。

(3)紋波雜訊抑制

抑制紋波:

A.選擇低ESR的電容。

B.加大電容容值。

C.最佳化電源布局布線。

D.提高開關頻率。

抑制開關雜訊:

A.SW加緩沖吸收電路。

B.外接MOS柵極串小阻值電阻,使開關邊沿變緩。

C.內建MOS可以在Cboot電容上串接小阻值電阻,使開關邊沿變緩。

5.溫升

Tj=Tc+θjc×P
Tj:芯片(結點)溫度,

Tc:封裝外殼溫度(℃),

θja:結點到環境間的熱阻(℃/W),

θjc:結點到外殼間的熱阻(℃/W),

P:功耗(W)。

Tj計算後要小於芯片規格書最大值,且留有10-15℃的裕量。

6.負載瞬態響應

使用電子負載,設定負載電流在0-80%滿載電流之間變化,並設定上升下降速率(slew rate)。

測量輸出電壓紋波及雜訊及over shoot及under shoot是否滿足芯片規格及設計要求。觀察輸出電壓在電流變化的邊沿是否有震蕩,有的話說明環路穩定性有問題。

7.環路穩定性

衡量開關電源穩定性的指標是相位裕度和增益裕度。同時穿越頻率,也應作為一個參考指標。

定義:
(1) 相位裕度是指:增益降到0dB時所對應的相位。

(2) 增益裕度是指:相位為0deg時所對應的增益大小(實際是衰減)。

(3) 穿越頻率是指:增益為0dB時所對應的頻率值。

判定標準:

(1)、在室溫和標準輸入、正常負載條件下,閉環回路增益為0dB(無增益)的情況下,相位裕度是應大於45 度;如果輸入電壓、負載、溫度變化範圍非常大, 相位裕度不應小於30度。
(2)、同步檢查在相位接近於0deg時,閉環回路增益裕度應大於7dB,為了不接近不穩定點,一般認為增益裕度12dB以上是必要的。
(3)、同時依據測試的波特圖對電源特性進行分析,穿越頻率按20dB/Dec閉合,頻頻寬度一般為開關頻率的1/20~1/6。

過高則不穩定,過低則響應速度過慢。

測試儀器:環路響應分析儀

測試連線方法:

8.rush電流

電流rush和均值要小於電源提供能力,電感磁珠等要滿足設計需求。

9.診斷

有些對外部供電的介面需要具備診斷功能,這就要求選擇的電源芯片能夠檢測負載狀態,可以分辨正常工作、輸出過流、對地對電源短路、過壓。芯片需要具備一個模擬量輸出訊號給到MCU監測。

10.SW開關雜訊

SW開關波形如下,

展開後可看到振鈴細節,

加snubber緩沖吸收電路後,振鈴改善。但開關損耗增加,snubber電阻越大損耗越大。