原创车充、车载直流电源的拆解测试(1)

 2017-1-16 11:25  1320 11 11

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。