[发明专利]一种开关电源纹波测量电路

说明书

本发明涉及一种开关电源纹波测量电路，使用高速比较器和高精度DAC，实现了高频情况下的高精度纹波测量，控制器通过检测高速比较器输出脉冲信号的有无及宽度，判定DAC的输出值与纹波信号峰值或谷值的关系，并据此调整DAC的输出，当控制器恰好检测不到比较器的脉冲信号时，得到纹波信号的峰值或谷值，将二者相减得到纹波电压值。相较于直接使用高速ADC采样方案，本电路能大幅降低纹波测量的成本，且测量的误差较低。同时进纹波信号的峰值测量和谷值测量，将结果相减得到峰峰值，消除了DAC的偏移误差。在高通滤波器环节增加了保护电路，提高了测试系统的安全性。

技术领域

本发明涉及电源测试技术领域，尤其是涉及一种开关电源纹波测量电路。

背景技术

由于开关电源特有的斩波机制，其输出电压存在纹波。纹波电压对运放、滤波、A/D变换等电路都会产生影响，例如，纹波会在设备中产生不期望的谐波，降低电源的效率；产生浪涌电压或电流，烧毁用电设备；干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；带来噪音干扰，使图像、音响设备不能正常工作等。在设计控制设备、电子仪器、摄像机等电子产品时都要尽量减小纹波。因此，准确地测量电源纹波，是选择电源系统或设计抑制纹波电压电路来满足电子系统性能指标的重要前提。

开关电源有着功耗小，效率高的优点，因而被广泛使用。但开关电源为系统提供能量的同时，也引入了较大的开关纹波。随着开关电源元件老化，其输出电压纹波逐渐增大，影响用电设备的正常工作。此外，开关电源的健康状况主要由输出端滤波铝电解电容决定，而铝电解电容的ESR随老化过程不断升高，导致输出纹波增大。因此准确测量纹波电压，也可以间接获取电源系统的健康状况。这对开关电源系统的寿命预测以及故障诊断，具有重要意义。

目前存在的纹波测量方案有：示波器测量，毫伏表测量，电压有效值测量，基于信号调理的ADC测量，以及基于高速ADC的测量。以上方案或携带不便，或精度不高，或成本高昂，未被广泛应用于工业测量场合。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种开关电源纹波测量电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种开关电源纹波测量电路，包括峰值测量电路和谷值测量电路，所述峰值测量电路包括高通滤波器、DAC、基准电压源、比较器件和控制器，所述高通滤波器的输入端连接开关电源的输出端，所述比较器件的输入端分别连接所述高通滤波器和DAC的输出端，所述比较器件的输出端和DAC的输入端都连接所述控制器，所述基准电压源连接所述DAC；

所述谷值测量电路在所述峰值测量电路的结构基础上，还包括负压产生电路，所述负压产生电路设于所述DAC的输出端与比较器件的输入端之间；

所述控制器通过检测比较器件的输出值判定DAC的输出值与纹波信号的峰值或谷值的关系，再通过反馈算法不断调节DAC的输出值，使比较器件的两个输入端信号的最大值或最小值相等，从而得到纹波信号的峰值或谷值，将二者相减得到纹波电压值。

优选的，所述比较器件为比较器。

优选的，所述比较器为高速比较器。

优选的，所述比较器件为高速运算放大器。

优选的，所述负压产生电路为减法电路，所述减法电路的输入端分别连接所述基准电压源和DAC的输出端。

优选的，所述负压产生电路为电压反向电路。

优选的，所述反馈算法包括：通过边沿触发采集比较器的输出脉冲边沿，使用二分法逐次逼近目标电压值，直至控制器恰好无法捕获比较器的输出脉冲信号为止。

优选的，所述反馈算法包括：通过输入捕获方式采集比较器的输出脉冲宽度，根据所采集的脉冲宽度初次计算并改变DAC的输出值，随后在误差范围内缓慢增大DAC的输出值，直至控制器恰好无法捕获比较器的输出脉冲信号为止。