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測(cè)試工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源紋波時(shí)，地線要短

來源：發(fā)布時(shí)間：2019-06-09 點(diǎn)擊量：1265

測(cè)試工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源紋波時(shí)，地線要短

我們也對(duì)測(cè)試工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源紋波時(shí)，很多內(nèi)容都是說了很多遍的，本文就從波紋時(shí)注意的事項(xiàng)之地線要短這一方面來說。

工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的紋波是指，疊加在開關(guān)電源輸出電壓上，頻率與開關(guān)頻率一致的交流量，其產(chǎn)生原因是開關(guān)電源的電流紋波作用在電容的ESR上。而噪聲一般是指全帶寬下輸出電壓上疊加的交流量。

紋波測(cè)量：用同軸電纜從電源模塊上引出輸出，接到隔直板上，然后再通過同軸電纜接入示波器。示波器阻抗選擇50歐姆，AC耦合，帶寬限制在20MHz，然后進(jìn)行測(cè)量與讀數(shù)。測(cè)出的波形一般近似于三角波。
我們?cè)跍y(cè)試紋波的時(shí)候，希望能夠測(cè)試準(zhǔn)確，不希望其他頻段的干擾引入導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)異常。所以用同軸電纜或者探頭測(cè)試紋波的時(shí)候，地線的處理都尤為關(guān)鍵，否則會(huì)通過地線引入不必要的噪聲。

問題在紋波波形中表現(xiàn)為高頻拾取。在工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源中，存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號(hào)電壓和電流波形，其中包括耦合自電源變壓器的磁場(chǎng)，耦合自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)，以及由變壓器互繞電容產(chǎn)生的共模電流。

DC/DC模塊的電源紋波指標(biāo)是一項(xiàng)很重要的參數(shù)。干凈的電源是數(shù)字電路穩(wěn)定工作的前提，也是模擬器件的各項(xiàng)參數(shù)的重要保障。為確定電源的質(zhì)量，必須對(duì)DC/DC模塊的輸出紋波進(jìn)行測(cè)量。但很多人測(cè)量得到的紋波值動(dòng)輒上百mV，甚至幾百mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比器件手冊(cè)提供的最大紋波值大，這主要是測(cè)量方法的不正確造成的。

正確的測(cè)量方法
1)限制示波器帶寬為20MHz(大多中低端示波器檔位限制在20MHz，高端產(chǎn)品還有200MHz帶寬限制的選擇)，目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測(cè)量，盡量保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2)設(shè)置耦合方式為交流耦合，方便測(cè)量(以更小檔位來仔細(xì)觀測(cè)紋波，不關(guān)心直流電平).
3)保證探頭接地盡量短(測(cè)量紋波動(dòng)輒上百mV的主要原因就是接地線太長(zhǎng))，盡量使用探頭自帶的原裝測(cè)試短針。如果沒有測(cè)試短針，可以拆除探頭的接地線和外殼，露出探頭地殼，自制接地線纏繞在探頭地殼上，保證接地線長(zhǎng)度小于1cm。
4)示波器地懸空，只通過探頭地與測(cè)試信號(hào)的參考點(diǎn)共地，不要通過其他方式與測(cè)試設(shè)備共地，這樣會(huì)給紋波測(cè)量引入很大的地噪聲。例如：當(dāng)示波器和其他儀器共插線板時(shí)，其他儀器的開關(guān)可能通過接地線給測(cè)試帶來噪聲干擾。

地線過長(zhǎng)，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果明顯不正確。
探頭的GND和信號(hào)兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)的距離也非常重要，當(dāng)兩點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，會(huì)有很多EMI噪聲輻射到探頭的信號(hào)回路中（如下圖所示），示波器觀察的波形包括了其他信號(hào)分量，導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果。所以要盡量減小探頭的信號(hào)與地的探測(cè)點(diǎn)間距，減小環(huán)路面積。

在隔離電源中，會(huì)產(chǎn)生大量流經(jīng)探針接地連接點(diǎn)的共模電流。這就在電源接地連接點(diǎn)和示波器接地連接點(diǎn)之間形成了壓降，從而表現(xiàn)為紋波。要防止這一問題的出現(xiàn)，我們就需要特別注意電源設(shè)計(jì)的共模濾波。另外，將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個(gè)共模電感器，其在不影響差分電壓測(cè)量的同時(shí)，還減少了共模電流引起的測(cè)量誤差。

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