Roland van Roy | AN079 from RICHTEK
輸出電壓紋波是開關電源轉換器的一個重要參數。某些負載對供電的電壓紋波非常敏感，而某些Vcore對供電電壓的要求很高，需滿足嚴格的容受范圍。準確測量紋波不容易，特別是對于高頻開關式電源轉換器。
本文將解釋DC-DC轉換器的輸出紋波，并提供有用的設計技巧，以獲得更準確的測量結果。
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9 DC-DC轉換器增益相位測量設置技巧
電源轉換器控制回路增益相位測量，可以通過將正弦波小信號輸入回授網路，并測量轉換器輸出端插入點兩側的正弦波紋波幅度和相位來進行。（見圖35）。
圖35
正弦波小信號的振幅必須盡量保持較小，以避免改變電源轉換器的操作工作點，因此在測量點的正弦波信號幅度也會相當小。為了獲得準確的增益相位測量結果，測量應具有高靈敏度，并且所測得的信號應具有低開關雜訊噪聲。因此，先前討論的輸出紋波測量方法也可應用于增益相位測量。
在進行增益相位測量時，扭轉線方法非常有用：靈敏的測量點須遠離開關轉換器，信號輸入變壓器引線、CH1探頭和CH2探頭都可以方便地連接到扭轉的線端，離PCB也要有一定的距離（見圖36）。
圖36
10 實用增益相位測量范例
圖37顯示了RT6363GQW 60V/3A降壓轉換器在24V至5V/3A應用中的增益相位測量設置。
圖37
RT6363GQW是一個額定電壓為60V/3A的電流模式降壓轉換器，通常應用于工業領域。在這個24V到5V/3A的應用中，切換頻率設定為1MHz，并搭配24μF的有效輸出電容，外部補償設定為60kHz的交叉頻率。
為了進行增益相位的測量，增加了一個1.7A的電阻性負載以確保連續導通模式的運作。在回授網路的頂部插入了一個4.7?的電阻，正弦波小信號通過這個電阻作輸入。圖38顯示其電路圖。
圖38
為了最小化測量中的雜訊，4.7?電阻的測量點與接地線連接在一起，同時連接到靠近回授網路的一個干凈的小信號地線。插入變壓器和兩個1:1的探頭連接到扭轉線的另一側。見圖39。
圖39
在進行切換轉換器的增益相位測量時，插入的正弦波小信號應該保持較小，以避免非線性轉換器行為（例如PSM模式或占空比限制）。在低頻率情況下，回路增益較大，插入信號也可以較大以達到足夠的低頻敏感度，但在轉換器LC頻率以上，插入信號必須保持較小，特別是在交叉頻率附近。大多數增益相位分析儀都具有可調節輸入入信號振幅的功能。
圖40顯示了BODE-100分析儀的圖形選單。在1kHz以下的掃描頻率，振幅被最大化，但必須檢查小信號輸入變壓器時，在低頻時是否會飽和。這可以通過檢查小信號正弦波形狀來完成。
圖40
在1kHz以上，振幅降低。10kHz以上的正弦波被設置為固定的低振幅。可以通過觀察交叉頻率附近的切換信號占空比變化來檢查確切的振幅。
圖41
圖42顯示了增益相位測量的結果。曲線平滑，沒有顯示出奇怪的行為。交叉頻率為59kHz（接近60kHz的目標值），相位裕度為63度。
圖42
10.1 使用長地線進行的第二次測量
為了顯示在使用帶有長地線的探頭連接時會發生什么，圖43顯示了測量設置，其中CH1和CH2的1:1探頭使用長地線和夾子連接。切換信號也是通過直接將10:1探頭（帶有紅色）環直接連接到切換信號來測量，這樣的方式會增加額外的雜訊。
圖43
圖44
11 總結/實用建議
(1) 測量回路最小化
在測量DC-DC轉換器輸出電壓紋波時，測量回路面積在雜訊收集中發揮重要作用。始終將探頭連接回路面積最小化。使用尖端和桶式方法或扭轉線方法可以減少雜訊的接收。通過改變電感方向來檢查電感雜散磁場的影響。
(2) 避免將雜訊添加到測量中
直接將探頭連接到快速切換波形可能會增加大量高頻雜訊。使用非常短的地線或使用電容式取樣來檢查切換信號可以將高頻雜訊降到最低。
(3) 設定可接受的示波器取樣頻寬
由轉換器輸出紋波引起的雜訊，對不同敏感性負載的應用可能有所不同。對于對雜訊敏感的應用，例如高分辨率類比數位轉換器 (ADC) 或音頻應用，建議在全頻寬下測量輸出紋波，而對于對雜訊不敏感的應用，可以選擇20MHz的取樣頻寬。請注意，仍然需要在完整示波器取樣頻寬下檢查背景雜訊，以防輸出紋波被不準確地測量。
(4) 在運行增益相位分析之前在時域中檢查信號
在增益-相位測量中，將信號連接到頻率響應分析儀之前，必需檢查示波器上測得的信號。盡量減少信號中的雜訊以獲得最佳量測結果。
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