1500V DC電源突發雜訊問題竟出在…

作者 : Gerard Fonte,The Pak Engineers首席工程師

我將示波器接地線夾子移到電源供應器的接地,並在運算放大器「接地」的同相輸入端上發現了雜訊。於是我拿來一些粗連接線,直接從電源接地連接到同相輸入端。雜訊隨即消失了...

我有一個客戶是一家小型製造商,最近在使用我們公司新生產的一批1,500V直流電源(DC)時遭遇到雜訊問題。

這種產品在我們公司製造已經有好長一段時間了。最初開發這款產品的工程師早已離職,留下來的唯一檔案是原理圖,顯示它採用了簡單的閉路設計。該系統使用一個運算放大器(op amp)控制振盪器,進而使用一個升壓變壓器來產生高電壓,然後對其進行整流和濾波,以產生DC輸出。一小部份的輸出電壓作為誤差訊號,反饋到運算放大器的反相輸入端,以便在必要時調整振盪器頻率。其同相輸入端接地。

部門經理很確定地跟我說,這一批電源和上一批電源的設計完全一樣,並未進行任何修改。然而,現在連一個舊款電源都找不到了,這讓我在寒冷中著急地直跳腳。

雜訊出現在輸出端以及在進入/離開運算放大器的誤差訊號上。這種情況在閉路系統中很常見,斷開迴路只會導致電路發生故障。我在該電源供應器上看到了同樣的雜訊;這可能是發生問題的原因,也可能只是表現出來的一個現象。

我在電源供應器上裝了幾個電容來濾除雜訊。但是沒用,雜訊還是存在。我試著在幾處不同的地方加上電容,同樣無濟於事。

在徵得客戶同意後,我切斷了一些走線,隔離了進入運算放大器的電源。我在正負電源上串聯了一個50Ω的電阻,並以100µF和0.1µF的電容對其進行旁路。我認為採用這個低通濾波器應該可以濾除雜訊,為晶片提供乾淨的電源,然而,雜訊仍然無處不在。

不過,經過幾次嘗試後,我歸納出一個重要結論:雜訊肯定來自迴路本身,而非來自外部。電源供應器的雜訊是這一問題發生的結果,並不是原因。快速變化的高壓輸出驅動電源過快,而使三端穩壓器無法進行補償。而且由於經過濾波的運算放大器電源上的雜訊仍在產生中,這說明了運算放大器在不穩定地吸收電流,從而導致其本地電源波動。

我仔細檢查了雜訊,希望發現一點線索,找出產生雜訊的根源,但它看起來就只是普通的雜訊。使用頻譜分析儀可能會有幫助,但我手上只有示波器和伏特歐姆毫安計(VOM,亦即三用電表)。

我切斷迴路,看看是不是有什麼東西正在產生雜訊。我剛把迴路切斷,雜訊就消失了,但這樣一來,電路卻不行了——但這進一步證實雜訊是在迴路內部產生的。我盯著原理圖,思考著:一定有一個點,雜訊就是通過那裡進入迴路的。終於,我找到了。

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