車充、車載直流電源的拆解測(cè)試(1)

說(shuō)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(duì)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(hào)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(cè)吧！

這次拆解測(cè)試使用的儀器，除了上次使用的那臺(tái)RIGOL的DSA815頻譜儀，自制的近場(chǎng)探頭，RIGOL的DP832直流電源,還需要一臺(tái)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(tái)RIGOL去年新出的DS1104Z,它有100MHz的測(cè)量帶寬，4個(gè)測(cè)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(cè)吧。

使用DP832對(duì)被測(cè)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(lái)作為車充的負(fù)載。測(cè)量的設(shè)置如圖一所示。

圖一：測(cè)量的設(shè)置

目的只是在于通過(guò)“微測(cè)”來(lái)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(cè)產(chǎn)品的品牌和型號(hào)。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(cè)“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(cè)一下這個(gè)開關(guān)電源實(shí)際的振蕩信號(hào)波形，測(cè)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(hào)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(cè)得的波形如圖五所示。對(duì)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(hào)。

圖五：“白”的5V直流輸出電壓波形

業(yè)界在使用示波器測(cè)量直流電源的紋波噪聲時(shí)，通常會(huì)打開示波器測(cè)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(cè)試結(jié)果相對(duì)于使用高帶寬示波器的測(cè)量會(huì)“好看些”。這里，我們使用的是一臺(tái)100MHz帶寬的示波器，不打開20MHz帶寬限制，對(duì)于幾百mV幅度的信號(hào)，使用10:1的探頭就行了，可以看看信號(hào)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(hào)的直流成分，放大觀察上面的那些交變信號(hào)，測(cè)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(hào)，既有低頻的類似三角波的開關(guān)信號(hào)，里面還有一堆堆的高頻信號(hào)？通過(guò)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(hào)，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(hào)。它是哪里來(lái)的？憑經(jīng)驗(yàn)猜測(cè)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(hào)

我們?cè)儆肈SA815頻譜儀和近場(chǎng)探頭測(cè)一下“白”的近場(chǎng)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(hào)！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(chǎng)EMI測(cè)試結(jié)果