[经验]

开关稳压器的评估：输出电压

2018-11-30 11:47:14

1303 开关稳压器测定器

由此项开始进入新章“开关稳压器的评估”。“开关稳压器的基础”、“电源IC技术规格的解读方法”2章定位在实际评估开关稳压器所必要的基础知识。从这里，要开始就实际电路工作或特性谈论“如何看什么”。
以下是包含今后预定在内的索引。既有项目也大多为“开关稳压器的评估”相关之内容，希望可以作为参考。
那么，现在就从“开关稳压器的评估”第1项“输出电压”开始说明。
＜开关稳压器的特性和评估方法＞

1. 开关稳压器的基础
- 开关稳压器的种类
- 降压工作原理
- 同步式和异步式的区别
- 自举
- 输出反馈控制方式
- PWM和PFM
- 重要特性－IC的规格
- 重要特性－电源特性
2. 电源IC技术规格的解读方法
- 封面、框图、绝对最大额定和推荐工作条件
- 电气特性的要点
- 特性图表、波形的看图方法
- 应用电路例
- 部件选定
- 输入等效电路
- 容许损耗
3. 开关稳压器的评估
- 输出电压
- 负载调节
- 负载响应的探讨、测量方法
- 电感电流的测量
- 效率的测量

输出电压
开关稳压器的工作是产生稳定化的输出电压，以便使其作为负载（其他设备）的电源。因此，输出特性的评估理所当然就成为主要事项。主要输出特性有电压、电流、瞬态响应、噪声等，这些都有相互关系。本项首先就输出电压进行说明。
一般来说，输出电压的评估重要如下：

　　・评估项目　
　－电压精度：包含纹波电压在内最小值、最大值
　－纹波电压的大小：电压振幅、波形
　－高谐波噪声、峰波等
　・评估方法
　－以示波器观察输出电压
　－（频譜分析仪）
　・条件设定
　－输出负载电流：需要可变型的负载装置
　－输入电压：需要可变型的DC电源
　－温度：也可简易的点式加热/冷却

具体来说，就是边改变条件边以示波器观察输出电压。视状况而定，虽然有时频谱分析仪较为有效，不过即使只有示波器也几乎可以全部确认。这里的关键在于以示波器观察。示波器原本并非可以正确测量电压的工具，开关稳压器的输出电压含有纹波或噪声等各种成分，将测定值平均后显示的电压表等无法确认。
电压精度将确认纹波电压的最低值和最大值是否进入负载装置要求的精度内。FPGA等最近高性能设备要求达±2%以下非常严格的电源电压精度。加上电源电压大多低至1V左右，实际的容许电压仅仅一点点。必须包含纹波电压的纹波电压的峰值而非平均值才能符合。
须确认纹波电压是否为设计时以下列公式设定的电压、纹波波形有无异常。

当然，纹波电压即使依照设计，倘如果结果无法符合负载设备的精度要求则必须重新评估。同样的，也须观察输出是否包含异常峰波或高谐波。
这些特性的状态会随负载或温度起变化，因此务必加入变动要因后进行观察。
评估需要样本来判断输出电压及波形应该会如何。多数情况下，其电源IC技术规格有刊载标准且理想的波形（参照下图），此在“电源IC技术规格的解读方法”也有提及。

此外，IC厂商评估板时可以与其做比较。可以在相同的测定器或环境下进行评估，现实上是个好方法。
从处理高速波形的观点来看，以示波器观察必须注意几点。以下照片和图表是即使相同基板也无法以探针连接法观察正确的波形。

左方的照片和波形图系以示波器的探针连接测试引脚后以夹钳进行GND，输出波形可以看见多数高频峰波。另一方面，右方的照片和图表则以专用连接器连接探针，这里看不到峰波。原本的输出电压为右方的波形，左方的波形因探针接地线等的影响使原本不存在的峰波产生
由上例可知，在评估开关电源时需要具备处理及测量高频率的技术。
关键要点:

・评估开关稳压器的特性时须了解应测量的要点及具备必要的测量技巧。
・评估输出电压须边改变各条件边以示波器观察纹波或噪声等。
・利用技术规格的图形或评估板作为比较基准。

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