電源供應器 Ripple / Noise 基本解析

1. 電源供應器 Ripple / Noise 基本解析 Outline 一. RIPPLE/NOISE 之含義 二. RIPPLE/NOISE 類型 三. RIPPLE NOISE 的來源及其特征. 四. RIPPLE NOISE 不良分析方法 五. RIPPLE NOISE 實例分析 Prepared By : AD Yuan May. 16th 2003 Page 1

2. 一. RIPPLE/NOISE 之含義 1.Ripple 即連波,直流電壓輸出之脈動成份(交流成份) 如圖 : 2.Noise 即連波上的干擾信號(噪信). Page 2

3. 二. RIPPLE/NOISE 類型 1. Switching ripple/noise 以Forward converter電路為例,如圖所示: (1) C就是Switching ripple , 其頻率就是 A開關管(or Mosfet) 切換頻率( fs ). >>一般釆說,Switching ripple 的大小約為 5mv~20mv左右,用示波器或 AET的 20MHz頻寬可量測到Switching ripple. ( 2 ) D 就是Switching noise , 若將其信號放大,可發現其頻率大約在15MHz~18MHz 甚至更高. >>Spec中規定量測Ripple/noise 時,外加鉭質 電容和 0.1uF Cap. 是用來濾除Switching Noise . >>由此可知, 如果ATE治具中電容的位置放得不恰當,則所量測的Ripple/noise 值將 不一樣. Page 3

4. 2 . Line Ripple Line Ripple 即輸入的交流電壓之Ripple .如圖所示: >>正常Line Ripple是可以 被接受的. 以 Boost Converter 電路為例 : >>當輸出為Full load 時 , Boost Converter 無法保持很穩定的Bulk電壓輸出,會有一個Line Ripple 在Bulk電壓上, 此Line Ripple 就會反映到DC輸出端, 被ATE或示波器量測出來. Page 4

5. 3 . Oscillation Ripple 介于 Line Frequency 与Switching frequency 之間,都稱為Oscillation .如圖: >>在設計中,Oscillation 是不允許其存在的 ,有可能在某些情況下會使 Vp-p超出其Limit 值. Page 5

6. 三. RIPPLE NOISE 的來源及其特征. 1.電源中的Switching ripple/noise: 是由開關切換頻率 而來 ,其頻率 為切換開關切換頻率 . 2. Line Ripple : 是由輸入線電壓而來的,其頻率為輸入頻率 之2倍 . 3. Oscillation Ripple : 是電路回授不穩定而來 , 波形大小不一. 4. Fan電路干擾引起,其波形存有干擾信號 Page 6

7. 四. RIPPLE NOISE 不良分析方法 >> 若是ATE Ripple/Noise不良,必須用示波器確定Ripple/Noise 不良是否 為治具問題還是机台本身問題. * 若是治具問題 , 則CHECK : 1. ATE 治具端外加電容是否不對或已損坏. 2 . 外加電容位置是否恰當或連線是否有問題. ** 若是机台本身有問題 , 則判斷其來源屬何种 ? 1. 若是Switching Ripple 問題 , 則CHECK No No A.輸出電容ESR值是否有問題 ? B.輸出電容容量是否太小? C.其它輸出元件中是否有問題? Yes Yes Yes 找ESR值小的輸出電容 可加大輸出電容容量 找其它原因 Page 7

8. 2. 若是Switching Noise, 則CHECK 輸出整流二极管或其Snubber circuit 是否異常 ? 主Q 是否受到干擾 ? Check Vgs 和 Vds 波形 . Yes Yes 主Q之G极或D极加磁環. 變更整流二极体或Snubber circuit . 3. 若是Oscillation 引起 Ripple , 則Check : Yes Yes 調整回授電路 (最有效之方法) 加大二次側的輸出電 或用ESR 值低的電容 . 4 .若是由 Fan 引起, 則去掉 Fan ,Check Ripple/noise 是否正常? Yes --- 則在FAN 兩端加一顆電解電容濾波. Page 8

9. 5 . 若是Line Ripple 如圖, 則Check : +12V Output Spec:200mv max (1) 看是否一次側能量傳送不夠 , 可Check PWM IC Isense 點波形 . (2) 是否為EMI 部分干擾 ,可將Y Cap.加磁 環或主Q加磁環. (3) 加大一次側之Bulk Cap. 容量 ,是否有改善 ? (4) 調整二次側回授電路 , 拉高低頻增益 . ( 5)看是否与輸入線電壓頻率有關 ? Page 9

10. 五. RIPPLE NOISE 實例分析 PS-6251-9C +5Voutput Ripple&Noise Defect Analysis 1.不良現象: 在ATE 測試中出現+5V 雜訊偏高至 50mv~65mv(spec:50mV). Input : 180Vac~264Vac/47~63Hz 測試條件: Load :+5V/25A,+3.3V/3A,+12V/8A,-12V/0.4A,5VS/3A. 2. 原因分析: (1).用相同的條件在示波器上確認不良確實(53mv ).如波形. Page 10

11. (2).從不良的波形看,整體幅度大,且它的頻率是AC輸入頻率的2倍(94HZ),可能是(2).從不良的波形看,整體幅度大,且它的頻率是AC輸入頻率的2倍(94HZ),可能是 AC部分的共模干擾NOISE 訊號---53mV. (3).電路分析過程: 1)取1PCS以前生產PASS的机台,測試Vpp值為30mV 2)此時開始對換EMI 部分元件和Transformer尋找差異,在對換后不良仍舊 存在NG&Good sample還是為原來的讀值. 3).當將YCAP C104,C105斷幵時不良的雜訊干擾消失,波形如圖二.此波形幅度 大大減小,由53mV降低至 24mV,且穩定不變 . Page 11

12. 4).更換OK机台上的C104,C105仍為不良. 5).將C104,C105 腳加上磁環,則Ripple/noise為27.6mv且穩定.如波形 . 3.對策實施 . (1).暫時對策 : 經各相關部門討論在ATE加嚴測試+5V Vpp 為45mV(max) . (2).Long term : 將C104&C105 腳上加磁環. Page 12

13. 我們學習的目的是: 把它用在實際的工作中去!!! Thinking Page 13