測量電源上的輸出動態響應:示波器接地問題
發布時間:2021-01-22 責任編輯:wenwei
【導讀】測量低電壓(<1V)/高電流(30-150A)電源的示波器輸出紋波和動態響應一直是一項挑戰,每種新設置都有自己的誤差。使用示波器“tip-and-barrel”方fang法fa或huo專zhuan用yong匹pi配pei阻zu抗kang的de電dian壓ya檢jian測ce電dian纜lan解jie決jue了le探tan頭tou引yin線xian接jie地di引yin起qi的de誤wu差cha。但dan是shi,即ji使shi使shi用yong最zui好hao的de探tan測ce方fang法fa,也ye可ke能neng得de到dao失shi真zhen的de輸shu出chu測ce量liang,尤you其qi是shi在zai應ying用yong或huo去qu除chu動dong態tai負fu載zai時shi。我wo注zhu意yi到dao兩liang個ge誤wu差cha來lai源yuan:
● 由通過電壓探頭接地側到示波器接地的電流引起的接地環路和示波器的交流插頭接地連接。
● dangtongshizaitongyishiboqishangceliangduogexinhaoshi,shiboqikenengzaiduogedianjiediceshishezhi,congerzaisuoyoutongdaozhongchanshengwucha。dangzaitongyitaishiboqishangtongshixianshishuchudianyaheshuchudianliushiyouqiruci。
讓rang我wo們men更geng深shen入ru地di觀guan察cha第di一yi個ge誤wu差cha源yuan。如ru果guo示shi波bo器qi接jie地di到dao與yu電dian源yuan或huo輸shu出chu負fu載zai相xiang同tong的de建jian築zhu物wu接jie地di線xian路lu,那na麼me負fu載zai變bian化hua可ke以yi驅qu動dong示shi波bo器qi探tan頭tou接jie地di外wai殼ke中zhong的de電dian流liu。該gai電dian流liu乘cheng以yi外wai殼ke的de阻zu抗kang將jiang顯xian示shi為wei示shi波bo器qi本ben身shen的de電dian壓ya,可ke能neng淹yan沒mei嚐chang試shi測ce量liang的de實shi際ji紋wen波bo。這zhe種zhong接jie地di外wai殼ke電dian流liu的de其qi他ta來lai源yuan包bao括kuo具ju有you噪zao聲sheng的de實shi驗yan室shi電dian源yuan本ben身shen(甚至在靜態負載情況下)和外部信號發生器。
目前消除或減少接地外殼電流的方法有:
● 將交流電線纏繞環形鐵氧體幾圈後連接信號發生器。
● 將動態負載放置在測試板上,不使用外部電子負載。
其他選項包括使用電池供電的示波器或具有隔離輸入的示波器。
第(di)二(er)個(ge)誤(wu)差(cha)源(yuan)示(shi)波(bo)器(qi)接(jie)地(di)衝(chong)突(tu)問(wen)題(ti)不(bu)如(ru)第(di)一(yi)個(ge)為(wei)人(ren)所(suo)知(zhi)。這(zhe)也(ye)是(shi)在(zai)使(shi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)同(tong)時(shi)顯(xian)示(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)和(he)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)或(huo)多(duo)個(ge)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)時(shi),電(dian)源(yuan)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)響(xiang)應(ying)測(ce)量(liang)失(shi)真(zhen)的(de)原(yuan)因(yin)。測(ce)量(liang)多(duo)個(ge)低(di)電(dian)壓(ya),示(shi)波(bo)器(qi)接(jie)地(di)將(jiang)通(tong)過(guo)多(duo)個(ge)探(tan)頭(tou)連(lian)接(jie)到(dao)多(duo)個(ge)點(dian)的(de)測(ce)試(shi)設(she)置(zhi)。實(shi)際(ji)示(shi)波(bo)器(qi)接(jie)地(di)將(jiang)是(shi)接(jie)地(di)連(lian)接(jie)的(de)“平均值”。
例如,如果電壓監測點和電流監測點的電源地之間的電壓差為+40mV,且兩個監測點的接地連接質量相似,則電壓監測點會出現+20mV的誤差,電流監測點出現-20mV的誤差。電流監視器通常具有幾百毫伏的信號,而計算機核心電源等低電壓應用允許的輸出電壓過衝/下衝為50mV或更低。
圖1是(shi)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)測(ce)試(shi)設(she)置(zhi)的(de)示(shi)例(li),圖(tu)中(zhong)監(jian)測(ce)了(le)輸(shu)出(chu)對(dui)大(da)階(jie)躍(yue)負(fu)載(zai)的(de)響(xiang)應(ying),而(er)且(qie)示(shi)波(bo)器(qi)還(hai)監(jian)測(ce)著(zhe)低(di)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)。我(wo)使(shi)用(yong)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)器(qi)獲(huo)得(de)具(ju)有(you)所(suo)需(xu)上(shang)升(sheng)、下降時間和感應電壓的階躍負載,用50Ω電纜連接到J502。50Ω R527可抑製電纜上的任何反射。我使用tip-and-barrel方法用10x示波器探頭檢測R500上的電流。

圖1:測試設置
圖2顯示了在應用和去除59A脈衝負載時,同一台示波器上的檢測電壓和檢測動態負載電流。
應用要求是,在負載階躍和負載突降情況下,VOUT(圖1中示波器/ J502上的紅色曲線)保持在855-945mV範圍內。動態電流在接地的10mΩ電阻(圖1中的R500)上測量,是圖2中的綠色曲線。

圖 2:連接到示波器時,具有動態電流檢測的2A至61A的階躍負載和負載突降響應
觀察圖2中顯示Vout的兩條紅色曲線通道,在施加負載階躍時電壓輸出下降到861mV,然後在較高負載下穩定在889mV。移除(突降)相同增加的負載時,在穩定在900mV之前,電壓輸出達到峰值940mV。因此,電壓輸出保持在855-945mV限製內,測試“通過”。觀察顯示10mΩ電流檢測電阻上電壓的三條綠色曲線通道,動態負載從0A增加到593mV/10mΩ(或59A),然後回到0A。
斷開電流檢測探頭與示波器的連接,輸出端顯示不同的電壓波形。參見圖3。

圖 3:電流檢測與示波器斷開時,相同動態響應的VOUT
觀察圖3中顯示輸出電壓的兩條紅色曲線通道,在施加負載階躍時電壓輸出下降到863mV,然後在較高負載下穩定在896mV。移除(突降)相同增加的負載時,在穩定在900mV之前,電壓輸出達到峰值949mV。因此,輸出電壓高於945mV極限,測試“失敗”。
裝置外測試經驗
使用外接“負載slammer”進行測試,並嚐試監控主板上的輸出電壓和slammer上shang的de動dong態tai負fu載zai,動dong態tai響xiang應ying表biao現xian非fei常chang差cha。當dang從cong示shi波bo器qi中zhong移yi除chu電dian流liu檢jian測ce連lian接jie後hou,我wo看kan到dao了le良liang好hao的de動dong態tai響xiang應ying。在zai上shang述shu案an例li中zhong,電dian流liu檢jian測ce連lian接jie造zao成cheng了le虛xu假jia的de故gu障zhang。
如(ru)果(guo)要(yao)在(zai)同(tong)一(yi)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)監(jian)測(ce)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya),則(ze)需(xu)要(yao)具(ju)有(you)完(wan)全(quan)隔(ge)離(li)輸(shu)入(ru)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)或(huo)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)在(zai)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)監(jian)測(ce)器(qi)正(zheng)確(que)接(jie)地(di)的(de)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)。對(dui)於(yu)第(di)一(yi)個(ge)選(xuan)項(xiang),您(nin)還(hai)需(xu)要(yao)兩(liang)組(zu)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)輸(shu)入(ru)隔(ge)離(li)的(de)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)。
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