DC/DC转换器测试系统中的电源噪声

DC/DC转换器测试系统中的电源噪声

图1显示为DC/DC转换器测试系统。DUT是一个由电源进行供电的DC/DC转换器，连接了一个负载电阻器。示波器测量DC/DC转换器的输出电压纹波;电压表1测量输出电压;输出电流可通过测量电压表2的分流电阻器两端的电压来获取。

为了安全起见，电源、示波器、电压表1与电压表2的输入源均被接地至GND。

什么是电源噪声

电源噪声可被分为两种类型，一种是在接地回路中产生的共模噪声，另一种是在正负线路中出现的差分(正常)模式噪声。共模噪声作用于接地(GND)线与负线上。当电源电缆插在插座上时，GND端子接地。

如何减少电源噪声?

那么差分模式噪声与共模噪声是如何进行系统的呢?而又有什么办法可以减少这些杂声呢?

1

差分模式噪声是如何进入DUT的?

正极与负极电缆的布线将差分模式噪声传输至DUT。而DUT如何抑制噪声取决于他们的电源抑制比(PSRR)。DUT对差分模式噪声的耐受性可通过确定噪声频率特性如何影响DUT的输出来测量。

为了减少噪声，使用电缆电感并在DUT的输入端放置一个具有良好高频特性的电容器可能会有所帮助。如图3所示，在线环中由于差分模式电流，可能会产生磁通量。

此类噪声会被发射至空气中，从而影响到邻近的设备。所以为了抑制此类噪声的发射，请扭转正极与负极的电缆。

2

共模噪声是如何进入DUT的?

共模噪声出现在通过GND触点(公共接地)传输的电源的正极与负极线路中。也就是说，共模噪声同时进行GND与负极线。相同量的共模噪声(电压)也同样出现在施加差分模式噪声(电压)与DC电压的正极线上。

当共模噪声进入DUT时，根据DUT的信号线与GND之间的杂散电容，共模噪声可能会转换为差分模式噪声，从而影响DUT的输出性能。如图4所示，如果有一个大的接地回路与导线回路，可能会由于噪声电流产生磁通。

此类噪声会被发射至空气中，影响邻近的设备(如测试设备)。为了减少此类噪声，需要缩小环路。可以按照下图5的方法B将DUT的GND进行接地来实现。

3

如何防御共模噪声?

在上图4与上图5所示的两种情况下(方法A与方法B)，都存在着接地电路，所以共模噪声与磁通是无法避免的。为了防止共模噪声的发生，可参考下图，在电源的接地与电源的负极端子之间加一个电容器或短导线。

但是，当将下图7与图6进行对比时，会发现两者虽然相似，但是图7在DUT输入的GND与负极端子之间添加了一个电容器与短导线。

虽然看起来没有大问题，但是噪声电流Iw1与Iw2增加，磁通量变得比图4与图5中的磁通量更强。这会导致电波干扰测量系统与其他邻近系统。另外，这也有助于产生差分模式的噪声(Vw1 Vw2)

4

共模扼流圈

在图7的情况下，如果噪声电流减少，磁通噪声也能减少，在图8中增加了一个共模扼流圈后，导线回路上的电缆阻抗将增加。相应的Iw1与Iw2可减少共模扼流圈，也可阻挡外部噪声(磁通量)。

因此，可将其添加在图6所示的系统示例中。图9则显示了共模扼流圈的阻抗(Z)与Iw之间的关系。如果Z增加则Iw就会减少。因此，磁通量也将减少。

5

总结

对于如何控制电源噪声，以及发生测试系统中的噪声持续存在的现象，作为总结可以参考下面的图10.并可以尝试以下操作。

A) 扭转正极与负极的电缆。

B) 将电源的输出端连接至GND或用电容器连接。

C) 避免接地回路

*1：将共模扼流圈应用于电源输出也是有效的。