DC/DC轉換器測試系統中的電源噪聲

噪聲是包括電源在內的測試系統中多余的但卻無法避免的問題。(除了電池是低噪聲的電源)一部分的噪聲總是由電源產生或者傳送的。然而電源是為另一臺設備進行供電的設備，而不是為了自己使用。所以，電源噪聲需要足夠低，以免干擾相鄰設備或測試結果。

下面介紹一下如何減輕測試系統中的電源噪聲。這里包含了兩個測試系統示例來解釋如何在測試系統中設置電源或測量設備，以及布線方式。這一期先介紹一下DC/DC轉換器測試系統中的電源噪聲。

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是一個由電源進行供電的DC/DC轉換器，連接了一個負載電阻器。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；輸出電流可通過測量電壓表2的分流電阻器兩端的電壓來獲取。為了安全起見，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？

圖1顯示電源噪聲可被分為兩種類型，一種是在接地回路中產生的共膜噪聲，另一種是在正負線路中出現的差分（正常）模式噪聲。共膜噪聲作用于接地（GND）線與負線上。當電源電纜插在插座上時，GND端子接地。

如何減少電源？

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

1、差分模式噪聲是如何進入DUT的？

正極與負極電纜的布線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確定噪聲頻率特性如何影響DUT的輸出來測量。為了減少噪聲，使用電纜電感并在DUT的輸入端放置一個具有良好高頻特性的電容器可能會有所幫助。如圖3所示，在線環中由于差分模式電流，可能會產生磁通量。此類噪聲會被發射至空氣中，從而影響到鄰近的設備。所以為了抑制此類噪聲的發射，請扭轉正極與負極的電纜。

2、共膜噪聲是如何進入DUT的？

共模噪聲出現在通過GND觸點(公共接地)傳輸的電源的正極與負極線路中。也就是說，共模噪聲同時進行GND與負極線。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電壓的正極線上。當共模噪聲進入DUT時，根據DUT的信號線與GND之間的雜散電容，共模噪聲可能會轉換為差分模式噪聲，從而影響DUT的輸出性能。如圖4所示，如果有一個大的接地回路與導線回路，可能會由于噪聲電流產生磁通。此類噪聲會被發射至空氣中，影響鄰近的設備(如測試設備)。為了減少此類噪聲，需要縮小環路。可以按照下圖5的方法B將DUT的GND進行接地來實現。

3、如何防御共膜噪聲？

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

但是，當將下圖7與圖6進行對比時，會發現兩者雖然相似，但是圖7在DUT輸入的GND與負的端子之間添加了一個電容器與短導線。雖然看起來沒有大問題，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，這也有助于產生差分模式的噪聲(Vw1 Vw2)

4、共膜扼流圈

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中增加了一個共模扼流圈后，導線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之間的關系。如果Z增加則Iw就會減少。因此，磁通量也將減少。

5、總結

對于如何控制電源噪聲，以及發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。*1

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。

本文來源于KIKUSUI菊水

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