车充、车载直流电源的拆解测试(2)

2017-1-16 11:26 266 0

“新能源”是当今的一个热词,全球很多企业都在很投入地忙碌着相关的新产品研发。我们还是接着聊聊“小东西”,属于电源类别里的小东西 ---- 车充、车载直流电源,这些产品实际上采用的是DC-DC的开关电源技术,这种技术本质上是模拟技术,貌似"很成熟",但,想把模拟技术搞好,业界工程师们应该会很有体会 ---- 不容易,需要理论,实践……更需要沉淀。通过EDN这个平台,希望能够跟广大业界朋友共同探讨这种电源技术,希望业界大拿多拍砖头,多提具有“正能量的”建设性技术建议,以小见大,也希望中国制造的电源产品能越做越精致。


上一篇我们拆解了“白”, 接着拆!拆解测试使用的仪器,同样是RIGOL的DSA815频谱仪,自制的近场探头,RIGOL的DP832直流电源,和一台数字示波器,RIGOL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,开关电源测试,需要捕获长时间的信号,存储深度很重要。


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,我把这个车载电源的5V输出接到行车记录仪作为负载,以便观察实际工作情况。作为开关类电源,负载不同,对输出也会有些影响,业界在平常测试时通常在使用电阻作为测试负载,也有用电子负载的。


时域+频域测量的设置如下图所示:


时域+频域测量的设置


接着拆解第二个,黑色的,标记为“黑1”。


它采用的是另一套电路方案,是由另一种单片集成电路和外围电路组成,也是一种降压开关型的DC到DC变换器,芯片可工作的开关频率介于100kHz ~ 380KHz之间,拆解图如图九所示,电路示意图如图十所示。



图九: “黑1”的拆解图



图十: “黑1”采用的电路方案示意图


把示波器的探头接到功率开关管的输出端上,我们测一下在这个管脚上的实际的开关信号波形,这是个方波形状,测得的开关频率是~368KHz,如图十一所示。凭经验判断,这样的沿很陡的方波状的开关波形对后面的滤波电路可是个不小的挑战。



图十一:功率开关管输出端上的信号波形


这个方波形状的信号经过后面的滤波电路之后的实际输出波形会如何?我们通过DS1104Z能看到经过滤波后的5V的直流电压上面果然有着一群明显的“毛刺”,峰峰值可真不低,如图十二所示。



图十二: “黑1”的5V输出直流电压上的开关纹波


通过设置示波器通道的AC耦合之后,我们能测到这些尖峰状的纹波的峰峰值有~2.12V左右,真不小。



图十三:尖峰状的纹波


这些大的尖峰状“开关毛刺”肯定会产生不小的EMI。我们再用DSA815频谱仪和近场探头实测一下它的EMI情况,的确!结果发现一群频率分布范围很广的由基波频率是365KHz以及是它的频率的整数倍的谐波群组成的干扰信号。可以想象,由于这些尖峰有着丰富的频谱分量,峰峰值又很大,所以,产生的电磁干扰的强度也不会小。



图十四:“黑1”的EMI的频率成份



图十五:“黑1”的电磁辐射频率范围分布很宽


当您在开着车,手机在充着电的时候,陪伴着您的不只是“它”,而是一群喧闹的“它们”!


通过拆解和微测可以看到,“黑1”采用的电路方案与“白”截然不同,特性也截然不同。其实,这个“黑1”就是我上次提到过的“标配的”用于给行车记录仪供电的那个,由于它有较大的纹波/大的电磁干扰,对我的车载收音机构成了严重的干扰。网上一搜,你会发现有不少朋友遇到了装了行车记录仪或导航之后就遇到了车载收音机被干扰的问题,不知所配的电源是否也是这类的,这个问题我已经在《行车记录仪等设备对车载收音机的电磁干扰》那篇里做了测试和分析,发现电源的问题很严重。


“白”与“黑1”都很有个性,都挺“任性的”。还有没有其他性格的?尤其是“好性格的”?且听下回分解。


(最后再重复一下:通过EDN这个平台,希望能够跟广大业界朋友共同探讨这种电源类产品的技术,希望业界大拿多拍砖头,多提具有“正能量的”建设性技术建议,交流切磋设计和测量方面的技术技巧。)


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