Перейти к содержанию

Как измерить пульсации блока питания осциллографом?

Обновлено Редакция GAW

Пульсации импульсного источника — малая переменная составляющая на большом постоянном напряжении: десятки милливольт на фоне вольт. Их легко исказить самим измерением. Texas Instruments в даташите LM2596 отдельно разбирает, как не получить на экране то, чего нет в источнике.

ОшибкаЧто видно на экранеКак правильно
Провод земли с зажимом (около 3 дюймов и длиннее)иглы и звон, завышенный размахпружинка или наконечник у конденсатора
Измерение в стороне от выходного конденсаторадобавка от падения на дорожкахщуп на выводы самого конденсатора
Щуп рядом с открытым дросселемнаведённые колебанияотвести щуп и провода от дросселя
Открытый входпульсации не разглядетьзакрытый вход, мВ на деление
Полная полоса осциллографав размах попадают широкополосный шум и иглыограничение полосы 20 МГц для сравнения со спецификацией

Порядок

  1. Скомпенсируйте щуп 10X по меандру калибратора.
  2. Снимите с щупа колпачок и провод земли, наденьте пружинку земли. TI советует ещё лучше — специальный наконечник, припаянный прямо у выходного конденсатора.
  3. Коснитесь наконечником плюсового вывода конденсатора, пружинкой — его минусового вывода.
  4. Включите закрытый вход, установите развёртку на несколько периодов частоты переключения (у LM2596 — 150 кГц) и подберите чувствительность.
  5. Включите ограничение полосы 20 МГц (BW Limit), если пульсации сравнивают со спецификацией в этой полосе. В примечании TI SLVAF30 с полосой 20 МГц иглы на выходе заметно меньше, чем с полной полосой: осциллограф работает как фильтр нижних частот. Сами иглы переключения оценивают без ограничения.
  6. Отдельно оцените пилообразную часть и иглы на её вершинах: иглы зависят от монтажа и самого щупа.

Для пульсаций в единицы милливольт иногда берут щуп в положении 1X: он не ослабляет сигнал в 10 раз, а его полосы (у Tektronix P6063B в положении 1X — 6,7–12 МГц) для частоты 150 кГц хватает.

Наш пример: для выхода 5 В при типичных по TI 0,5–3 % ожидайте от 25 до 150 мВ размаха. Если на экране заметно больше, сначала проверьте землю щупа: как длинный провод земли создаёт звон, разобрано в ответе «Почему осциллограф показывает звон на фронтах?».

Откуда берутся пульсации и как их уменьшить, объясняет термин «пульсации выходного напряжения», сам стабилизатор описан на странице LM2596, а как на размах пульсаций влияет выходной конденсатор — в термине «ESR».

Похожие вопросы

Какие пульсации считать нормальными для LM2596?

TI называет типичными пульсации около 0,5–3 % от выходного напряжения. Наш пересчёт: для выхода 5 В это примерно 25–150 мВ от пика до пика. Если нужно меньше 20 мВ, TI советует дополнительный LC-фильтр после основного конденсатора.

Откуда на осциллограмме пульсации, если щуп замкнуть на землю?

Петля из щупа и провода земли работает как антенна и ловит поле дросселя и переключающихся токов. TI отдельно предупреждает, что открытый дроссель наводит напряжение в проводниках и в щупе. Если «пульсации» видны и при замкнутом на свою землю щупе у той же точки, это наводка, а не выход источника.

Нужен ли закрытый вход осциллографа?

Да, удобнее с ним: он убирает постоянную составляющую, и пульсации в десятки милливольт можно растянуть на весь экран. С открытым входом пришлось бы смещать луч на несколько вольт и терять разрешение.

Источники

  1. Texas Instruments. LM2596 SIMPLE SWITCHER Power Converter 150-kHz 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS124G, revised March 2023) — разд. 9.1.6 — выход содержит пилообразные пульсации на частоте переключения и короткие иглы на её вершинах; типичные пульсации около 0,5–3 % от выходного напряжения; при наблюдении пульсаций нужна короткая земля щупа с малой индуктивностью — наконечник, припаянный у выходного конденсатора, а не провод земли около 3 дюймов; на амплитуду игл влияют индуктивность монтажа, паразитные ёмкости и сам щуп; разд. 9.1.7 — открытый дроссель наводит напряжение в проводниках и щупе
  2. Texas Instruments. Measuring and Understanding the Output Voltage Ripple of a Boost Converter (SLVAF30, February 2021) — разд. 2 — полосу осциллографа Tektronix устанавливают 20 МГц или полную (500 МГц и больше); петля между наконечником и землёй щупа должна быть как можно меньше; при полосе 20 МГц иглы на выходе намного меньше, потому что осциллограф работает как фильтр нижних частот (рис. 2-2…2-4)
  3. Tektronix. P6063B Passive Probe Instruction Manual (062-2928-01) — полоса в положении 1X — 12 МГц (кабель 1,1 м) и 6,7 МГц (1,8 м), в положении 10X — 200 МГц
  4. Tektronix. ABCs of Probes, Primer (60W-6053-8, 2004) — рис. 1-9 и 1-13 — длинный провод земли добавляет индуктивность и звон на быстрых фронтах; провод земли держат как можно короче
  5. Agilent Technologies. N2862A Passive Oscilloscope Probe, Data Sheet (5989-2228EN, 2005) — комплект щупа: провод земли 12 см и пружинка земли

Нашли ошибку?

Смотрите также