车充、车载直流电源的拆解测试(1)

2017-1-16 11:25 281 0

第一次跟EDN 比较深入的交往还是在2006年的时候。那时,代表某仪器公司,参加EDN举办的创新产品大赛,为当年参赛的某型号的逻辑分析仪准备了很多资料,参加了在深圳香格里拉饭店举行的颁奖仪式,接受了EDN记者的采访并代表公司上台发表了40多分钟的演讲。想起来这也算是工作生涯中的一个小经历。这些年来,发生了不少变化,但一直没离开测量这个行当。不知啥原因,今年突然想写点东西了,想到了EDN这个比较专业的宣传技术的媒体,那就继续上两篇再写点什么吧。


这个用来发射载人飞船的大家伙当之无愧地称得上是真正的“高大上” 产品,它的高难度的设计和制造凝聚了多少人多少年的心血,踏实与浮躁,对这个产品来讲,会意味着“上天”与 “升天”的不同后果。站在它的旁边,深感震撼,对能把它设计,制造出来的人们充满敬意。



说完几句“高大上”,接着再聊聊“小东西”,其实,“以大能见小,以小也能见大了”。


看到上篇作文儿发表之后挺受朋友们欢迎,貌似对车充、车载电源的探讨还意犹未尽,在京东上一搜,有那么多的不同品牌和型号的这类产品,有很多几十元的,贵的有几百元的。好奇它们采用的都是何种设计,有何不同。


随意找了几个,那就开始陆续拆解,微测吧!


这次拆解测试使用的仪器,除了上次使用的那台RIGOL的DSA815频谱仪,自制的近场探头,RIGOL的DP832直流电源,还需要一台数字示波器,几百兆Hz带宽的通常就够了,比如,RIGOL的DS4000,DS2000A系列。这次找到了一台RIGOL去年新出的DS1104Z, 它有100MHz的测量带宽,4个测量通道,存储深度标配达12M个采样点,选配达24M个采样点,当然,还有许多其他特点,这次就用它微测吧。


使用DP832对被测物提供12V的直流供电,由于电源在空载和带载时的工作状态会有不同,输出特性也会有所不同,我把车充的5V输出接到我的手机进行充电以此来作为车充的负载。测量的设置如图一所示。



图一:测量的设置


目的只是在于通过“微测”来了解一下这些产品采用的不同技术和各自的特性,浅谈技术,所以,本文忽略掉被测产品的品牌和型号。为了便于区分,按颜色特征分别把它们标记,这第一个要拆解的就称为“白”吧。


先拆测“白”,下面是它的拆解后的部件图。



图二:“白”拆解后的部件图


这个车充采用的电路方案是由一片集成电路和外围电路组成,是一种降压开关型的DC到DC变换器,IC支持的开关频率小于100kHz,电路示意图如图三所示。



图三: “白”采用的电路方案示意图


我们测一下这个开关电源实际的振荡信号波形,测得的振荡频率大概是45KHz,如图四所示。



图四:实际的振荡信号波形和频率


最关心的还是它的5V直流输出电压的情况。把示波器探头接到它的输出端,测得的波形如图五所示。对于直流电源的输出,上面的纹波噪声越小越好,越干净越好。在示波器的屏幕上能看到在5V的直流电压上叠加着一些比较明显的交变信号。



图五:“白”的5V直流输出电压波形


业界在使用示波器测量直流电源的纹波噪声时,通常会打开示波器测量通道的20MHz 带宽限制,并使用1:1的示波器探头,短的接地线,这样可以去除一些高频噪声,测试结果相对于使用高带宽示波器的测量会“好看些”。这里,我们使用的是一台100MHz带宽的示波器,不打开20MHz带宽限制,对于几百mV幅度的信号,使用10:1的探头就行了,可以看看信号的“全貌”。


为了便于详细观察纹波噪声,把DS1104Z示波器的通道1设置成AC耦合,这样可以去掉5V信号的直流成分,放大观察上面的那些交变信号,测得纹波的峰峰值~280 mV ,波形如图六所示。



图六:5V直流输出上面的纹波噪声


这个车充的5V输出的直流电压上还有着比较“任性”的交变信号,既有低频的类似三角波的开关信号,里面还有一堆堆的高频信号?通过打开示波器的放缩功能,开窗口展开后发现是一堆堆频率是80MHz的交变信号,如果你使用的是低于100MHz带宽的示波器,或者把20MHz带宽限制打开,或者示波器的带宽虽然是100MHz或更高但存储深度却很浅的话,就不一定能这么容易地清楚地看到这个高频振荡信号。它是哪里来的?凭经验猜测这可能是由于开关电路的杂散LC所引起的谐振现象。



图七:展开观察谐振信号


我们再用DSA815频谱仪和近场探头测一下“白”的近场EMI情况,结果发现在在80MHz的频点处有一个功率不低的干扰信号!当你在开着车,手机在充着电的时候,其实还有一个“它”在静静地陪伴着你。



图八:“白”的近场EMI测试结果


(要知其他产品如何,待续。)


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