這次拆解測試使用的儀器,除了上次使用的那臺RIGOL的DSA815頻譜儀,自制的近場探頭,RIGOL的DP832直流電源,還需要一臺數字示波器,幾百兆Hz帶寬的通常就夠了,比如,RIGOL的DS4000,DS2000A系列。這次找到了一臺RIGOL去年新出的DS1104Z, 它有100MHz的測量帶寬,4個測量通道,存儲深度標配達12M個采樣點,選配達24M個采樣點,當然,還有許多其他特點,這次就用它微測吧。
使用DP832對被測物提供12V的直流供電,由于電源在空載和帶載時的工作狀態會有不同,輸出特性也會有所不同,我把車充的5V輸出接到我的手機進行充電以此來作為車充的負載。測量的設置如圖一所示。
圖一:測量的設置
目的只是在于通過“微測”來了解一下這些產品采用的不同技術和各自的特性,淺談技術,所以本文忽略掉被測產品的品牌和型號。為了便于區分,按顏色特征分別把它們標記,這第一個要拆解的就稱為“白”吧。
先拆測“白”,下面是它的拆解后的部件圖。
圖二:“白”拆解后的部件圖
這個車充采用的電路方案是由一片集成電路和外圍電路組成,是一種降壓開關型的DC到DC變換器,IC支持的開關頻率小于100kHz,電路示意圖如圖三所示。
圖三: “白”采用的電路方案示意圖
我們測一下這個開關電源實際的振蕩信號波形,測得的振蕩頻率大概是45KHz,如圖四所示。
圖四:實際的振蕩信號波形和頻率
最關心的還是它的5V直流輸出電壓的情況。把示波器探頭接到它的輸出端,測得的波形如圖五所示。對于直流電源的輸出,上面的紋波噪聲越小越好,越干凈越好。在示波器的屏幕上能看到在5V的直流電壓上疊加著一些比較明顯的交變信號。
圖五:“白”的5V直流輸出電壓波形
業界在使用示波器測量直流電源的紋波噪聲時,通常會打開示波器測量通道的20MHz 帶寬限制,并使用1:1的示波器探頭,這樣可以去除一些高頻噪聲,測試結果相對于使用高帶寬示波器的測量會“好看些”。這里,我們使用的是一臺100MHz帶寬的示波器,不打開20MHz帶寬限制,對于幾百mV的信號,使用10:1的探頭就行了,可以看看信號的“全貌”。
為了便于詳細觀察紋波噪聲,把DS1104Z示波器的通道1設置成AC耦合,這樣可以去掉5V信號的直流成分,放大觀察上面的那些交變信號,測得紋波的峰峰值~280 mV ,波形如圖六所示。
圖六:5V直流輸出上面的紋波噪聲
這個車充的5V輸出的直流電壓上還有著比較“任性”的交流信號,既有低頻的類似三角波的開關信號,里面還有一堆堆的高頻信號?通過打開示波器的放縮功能,開窗口展開后發現是一堆堆頻率是80MHz的交變信號,如果你使用的是低于100MHz帶寬的示波器,或者把20MHz帶寬限制打開,或者示波器的帶寬雖然是100MHz或更高但存儲深度卻很淺的話,就不一定能這么容易地清楚地看到這個高頻振蕩信號。它是哪里來的?憑經驗猜測這可能是由于開關電路的雜散LC所引起的諧振現象。
圖七:展開觀察諧振信號
我們再用DSA815頻譜儀和近場探頭測一下“白”的近場EMI情況,結果發現在在80MHz的頻點處有一個功率不低的干擾信號!當你在開著車,手機在充著電的時候,其實還有一個“它”在靜靜地陪伴著你。
圖八:“白”的近場EMI測試結果
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