DC/DC轉換器測試系統中的電源噪聲介紹

DC/DC轉換器測試系統中的電源噪聲

圖1顯示為DC/DC轉換器測試系統。DUT是一個(gè)由電源進(jìn)行供電的DC/DC轉換器，連接了一個(gè)負載電阻器。示波器測量DC/DC轉換器的輸出電壓紋波；電壓表1測量輸出電壓；輸出電流可通過(guò)測量電壓表2的分流電阻器兩端的電壓來(lái)獲取。

為了安全起見(jiàn)，電源、示波器、電壓表1與電壓表2的輸入源均被接地至GND。

什么是電源噪聲

電源噪聲可被分為兩種類(lèi)型，一種是在接地回路中產(chǎn)生的共模噪聲，另一種是在正負線(xiàn)路中出現的差分(正常)模式噪聲。共模噪聲作用于接地(GND)線(xiàn)與負線(xiàn)上。當電源電纜插在插座上時(shí)，GND端子接地。

如何減少電源噪聲？

那么差分模式噪聲與共模噪聲是如何進(jìn)行系統的呢？而又有什么辦法可以減少這些雜聲呢？

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差分模式噪聲是如何進(jìn)入DUT的？

正極與負極電纜的布線(xiàn)將差分模式噪聲傳輸至DUT。而DUT如何抑制噪聲取決于他們的電源抑制比(PSRR)。DUT對差分模式噪聲的耐受性可通過(guò)確定噪聲頻率特性如何影響DUT的輸出來(lái)測量。

為了減少噪聲，使用電纜電感并在DUT的輸入端放置一個(gè)具有良好高頻特性的電容器可能會(huì )有所幫助。如圖3所示，在線(xiàn)環(huán)中由于差分模式電流，可能會(huì )產(chǎn)生磁通量。

此類(lèi)噪聲會(huì )被發(fā)射至空氣中，從而影響到鄰近的設備。所以為了抑制此類(lèi)噪聲的發(fā)射，請扭轉正極與負極的電纜。

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共模噪聲是如何進(jìn)入DUT的？

共模噪聲出現在通過(guò)GND觸點(diǎn)(公共接地)傳輸的電源的正極與負極線(xiàn)路中。也就是說(shuō)，共模噪聲同時(shí)進(jìn)行GND與負極線(xiàn)。相同量的共模噪聲(電壓)也同樣出現在施加差分模式噪聲(電壓)與DC電壓的正極線(xiàn)上。

當共模噪聲進(jìn)入DUT時(shí)，根據DUT的信號線(xiàn)與GND之間的雜散電容，共模噪聲可能會(huì )轉換為差分模式噪聲，從而影響DUT的輸出性能。如圖4所示，如果有一個(gè)大的接地回路與導線(xiàn)回路，可能會(huì )由于噪聲電流產(chǎn)生磁通。

此類(lèi)噪聲會(huì )被發(fā)射至空氣中，影響鄰近的設備(如測試設備)。為了減少此類(lèi)噪聲，需要縮小環(huán)路?？梢园凑障聢D5的方法B將DUT的GND進(jìn)行接地來(lái)實(shí)現。

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如何防御共模噪聲？

在上圖4與上圖5所示的兩種情況下(方法A與方法B)，都存在著(zhù)接地電路，所以共模噪聲與磁通是無(wú)法避免的。為了防止共模噪聲的發(fā)生，可參考下圖，在電源的接地與電源的負極端子之間加一個(gè)電容器或短導線(xiàn)。

但是，當將下圖7與圖6進(jìn)行對比時(shí)，會(huì )發(fā)現兩者雖然相似，但是圖7在DUT輸入的GND與負極端子之間添加了一個(gè)電容器與短導線(xiàn)。

雖然看起來(lái)沒(méi)有大問(wèn)題，但是噪聲電流Iw1與Iw2增加，磁通量變得比圖4與圖5中的磁通量更強。這會(huì )導致電波干擾測量系統與其他鄰近系統。另外，這也有助于產(chǎn)生差分模式的噪聲(Vw1 Vw2)

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共模扼流圈

在圖7的情況下，如果噪聲電流減少，磁通噪聲也能減少，在圖8中增加了一個(gè)共模扼流圈后，導線(xiàn)回路上的電纜阻抗將增加。相應的Iw1與Iw2可減少共模扼流圈，也可阻擋外部噪聲(磁通量)。

因此，可將其添加在圖6所示的系統示例中。圖9則顯示了共模扼流圈的阻抗(Z)與Iw之間的關(guān)系。如果Z增加則Iw就會(huì )減少。因此，磁通量也將減少。

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總結

對于如何控制電源噪聲，以及發(fā)生測試系統中的噪聲持續存在的現象，作為總結可以參考下面的圖10.并可以嘗試以下操作。

A) 扭轉正極與負極的電纜。

B) 將電源的輸出端連接至GND或用電容器連接。

C) 避免接地回路

*1：將共模扼流圈應用于電源輸出也是有效的。