車充、車載直流電源的拆解測試(1)
說完幾句“高大上”，接著再聊聊“小東西”，其實(shí)，“以大能見小，以小也能見大了”。
看到上篇作文兒發(fā)表之后挺受朋友們歡迎，貌似對車充、車載電源的探討還意猶未盡，在京東上一搜，有那么多的不同品牌和型號的這類產(chǎn)品，有很多幾十元的，貴的有幾百元的。好奇它們采用的都是何種設(shè)計(jì)，有何不同。
隨意找了幾個(gè)，那就開始陸續(xù)拆解，微測吧！
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(shù)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(gè)測量通道，存儲(chǔ)深度標(biāo)配達(dá)12M個(gè)采樣點(diǎn)，選配達(dá)24M個(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)然，還有許多其他特點(diǎn)，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(shí)的工作狀態(tài)會(huì)有不同，輸出特性也會(huì)有所不同，我把車充的5V輸出接到我的手機(jī)進(jìn)行充電以此來作為車充的負(fù)載。測量的設(shè)置如圖一所示。
圖一：測量的設(shè)置
目的只是在于通過“微測”來了解一下這些產(chǎn)品采用的不同技術(shù)和各自的特性，淺談技術(shù)，所以，本文忽略掉被測產(chǎn)品的品牌和型號。為了便于區(qū)分，按顏色特征分別把它們標(biāo)記，這第一個(gè)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(gè)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(guān)型的DC到DC變換器，IC支持的開關(guān)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(gè)開關(guān)電源實(shí)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(shí)際的振蕩信號波形和頻率
最關(guān)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(yè)界在使用示波器測量直流電源的紋波噪聲時(shí)，通常會(huì)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，短的接地線，這樣可以去除一些高頻噪聲，測試結(jié)果相對于使用高帶寬示波器的測量會(huì)“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幅度的信號，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(xì)觀察紋波噪聲，把DS1104Z示波器的通道1設(shè)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(gè)車充的5V輸出的直流電壓上還有著比較“任性”的交變信號，既有低頻的類似三角波的開關(guān)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(fā)現(xiàn)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(chǔ)深度卻很淺的話，就不一定能這么容易地清楚地看到這個(gè)高頻振蕩信號。它是哪里來的？憑經(jīng)驗(yàn)猜測這可能是由于開關(guān)電路的雜散LC所引起的諧振現(xiàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)在在80MHz的頻點(diǎn)處有一個(gè)功率不低的干擾信號！當(dāng)你在開著車，手機(jī)在充著電的時(shí)候，其實(shí)還有一個(gè)“它”在靜靜地陪伴著你。
圖八：“白”的近場EMI測試結(jié)果
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