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前段时间在公众号发了一个问题:看图:Buck电源的SW节点波形怎么这么糊?怎么回事?参与讨论的同学比较多,具体各位可以去评论区看。感谢各位的积极参与。
一道问题
照例,先抛出一道问题:Buck电源的SW节点波形怎么这么模糊?什么原因:
视频解答
针对这个问题,专门录制了一期解析视频。视频有些长,下次我注意控制节奏,废话少说,不搞这么长。当然你也可以跳过视频,直接看摘录的文字部分。
揭晓答案
揭晓答案之前,先看一下基本的测试环境和条件,一个Buck电源芯片Demo板,结合稳压源和电子负载来调整SW节点的波形,示波器没有开启余辉。
在负载为500mA时,SW节点波形如下:
在负载为1A时,SW节点波形如下:
揭晓答案,图片中的振铃完全是烟雾弹,跟核心问题并不相关。SW节点之所以这么糊,是因为电源芯片默认开启了展频模式,也叫抖频技术,简称FSS(Frequency Spread Spectrum)。糊,说明SW的开关频率一直在调整。
从时域维度解析
基于时域波形,利用示波器中的数据轨迹分析功能,我们把SW节点的频率数值的轨迹趋势绘制出来,如上图呈现为一个三角波趋势。这里可以非常清晰地看出该Buck电源的展频技术使用到了三角波调制(注意不止是三角波调制哦)。
fc:未调制信号的原始频率;
△f:频率最大值偏离fc的距离;
fm:调制频率;
tm:调制周期;
△f/fc:调制深度。
在上图中,通过水平标尺可以读出,tm大约为135us,则fm大约为7.4kHz。通过查阅电源芯片规格书,已注明调制频率为7.5kHz,这和我们从波形上读出的fm基本一致(可以反推出tm实际为133.3us)。
在时域趋势图中,可以看出最大值为1.93MHz,fc=1.77MHz,△f约为160kHz,而,如此调制深度约为+9%,和规格书上说的+/-10%基本一致。注意,受测试环境的制约,这里的定量计算仅用于判断趋势,不用纠结是7.4k和7.5k,9%和10%。
三角波调制有一个很大的好处在于,它可以将能量均匀分布在中心频率fc的附近,从而产生一个相对平坦的能量带。注意本文案例中的芯片不止是使用三角波调整,它并不单纯哦!
从频域维度分析
从频率的FFT波形来看,很明显基频及其倍频能量全都被削顶,频率能量被分散开,这是典型的展频现象。
上图对基频fc的FFT波形局部细节进行了解析,fm可以直接看出是7.5kHz,△f约为156kHz,便于我们切实认识并能够读取波形中蕴含的信息。波形是不会骗人的,有啥信息都会直观地展示给我们,关键是我们能否准确地get到。
补充问题
补充一个问题:既然是三角波调制,SW节点的频率为什么不是右侧截图中体现的一格一格地上升/下降,却是左侧这种上蹿下跳的这种?
欢迎留言区讨论。
怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深,就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么?
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