電源紋波測試總結(jié)

1、請問什么叫紋波？怎樣測量紋波？紋波的定義：由于直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于不同的場合，對紋波的要求各不一樣。對于電容器老練來說，無論是那一種紋波，只要不是太大，一般對電容器老練質(zhì)量不會構(gòu)成影響。而對程控機電源或音響設(shè)備中所使用的電源，由于寬度很窄的脈沖沒有足夠的能量來推動喇叭的紙盆或話機的聽筒而形成雜音。因此對于這種窄脈沖的要求可以放寬。而對于音頻范圍內(nèi)的類似正弦波的紋波信號，

2、雖然其幅度不是太高，但其能量卻使喇叭或聽筒發(fā)生嗡嗡的雜音。因此對這種形態(tài)的紋波應(yīng)有一定的要求，而對于用于一些控制的場合，由于窄脈沖達到一定的高度會干擾數(shù)字或邏輯控制部件，使設(shè)備運行的可靠性降低，因此對這種窄脈沖的幅度應(yīng)有一定的限制，而對類似正弦波的紋波，一般由于其幅度較低，對控制部件的干擾不大。紋波的表示方法可以用有效值或峰值來表示，可以用絕對量，也可以用相對對量來表示。例如一個電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，其輸出為100V5A，測得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對量，而相對量即紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬分之一。事實上，紋波就是一個直流電壓中的交

3、流成分。直流電壓本來應(yīng)該是一個固定的值，但是很多時候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會有剩余的交流成分，即便如此，就是用電池供電也因負載的波動而產(chǎn)生波紋。事實上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有波紋的。要體驗，可以用示波器來看，就會看到電壓上下輕微波動，就像水紋一樣，所以叫做紋波。一般使用交流毫伏表來測量紋波電壓，因為交流毫伏表只對交流電壓響應(yīng)，并且靈敏度比較高，可測量很小的交流電壓，而紋波往往是比較小的交流電壓。如果沒有交流毫伏表，也可使用示波器來測量。將示波器的輸入設(shè)置為交流耦合，調(diào)整Y軸增益，使波形大小合適，讀出電壓值，可估算出紋波電壓的大小。紋波電壓會

4、影響系統(tǒng)的工作，帶來噪聲。所以電源要有足夠的濾波措施，以將紋波限制在一定的幅度以內(nèi)。紋波(ripple)與諧波的比較：簡單地說，就是一定頻率的電壓或電流作用于非線性負載時,會產(chǎn)生不同于原頻率的其它頻率的正弦電壓或電流的現(xiàn)象。紋波是指在直流電壓或電流中，疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量。它們雖然在概念上不是一回事，但它們之間有聯(lián)系。如電源上附加的紋波在用電器上很容易產(chǎn)生各頻率的諧波；電源中各頻率諧波的存在無疑導(dǎo)致電源中紋波成分的增加。除了在電路中我們所需要產(chǎn)生諧波的情況以外，它主要有以下主要危害：1、使電網(wǎng)中發(fā)生諧振而造成過電流或過電壓而引發(fā)事故；2、增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)

5、備利用率；3、使電氣設(shè)備（如旋轉(zhuǎn)電機、電容器、變壓器等）運行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命；4、使繼電保護、自動裝置、計算機系統(tǒng)及許多用電設(shè)備運轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷幼骰虿僮?；5、使測量和計量儀器、儀表不能正確指示或計量；6、干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。紋波的害處：1、容易在用電器上產(chǎn)生諧波，而諧波會產(chǎn)生較多的危害；2、降低了電源的效率；3、較強的紋波會造成浪涌電壓或電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致燒毀用電器；4、會干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響其正常工作；5、會帶來噪音干擾，使圖像設(shè)備、音響設(shè)備不能正常工作。總之，它們在我們不需要的地方出現(xiàn)都是有害的，需

6、要我們避免的。對于如何抑制和去除諧波和紋波的方式方法有很多，但想完全消除，似乎是很難辦到的，我們只有將其控制在一個允許的范圍之內(nèi)，不對環(huán)境和設(shè)備產(chǎn)生影響就算達到了我們的目的。紋波是疊加在直流信號上的交流干擾信號，是電源測試中的一個很重要的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是作特殊用途的電源，如激光器電源，紋波則是其致命要害之一。所以，電源紋波的測試就顯得極為重要。 電源紋波的測量方法大致分為兩種：一種是電壓信號測量法；另一鐘是電流信號測量法。一般對于恒壓源或紋波性能要求不大的恒流源，都可以用電壓信號測量法。而對于紋波性能要求高的恒流源則最好用電流信號測量法。1 ）、電壓信號測量紋波是指，用示波器測量疊加在直流電壓信號

7、上的交流紋波電壓信號。對于恒壓源，測試可以直接用電壓探頭測量輸出到負載上的電壓信號。2 ）、對于恒流源的測試，則一般是通過使用電壓探頭，測量采樣電阻兩端的電壓波形。整個測試過程中，示波器的設(shè)置是能否采樣到真實信號的關(guān)鍵。電源紋波噪聲測試方法我們今天的電子電路（比如手機、服務(wù)器等領(lǐng)域）的切換速度、信號擺率比以前更高，同時芯片的封裝和信號擺幅卻越來越小，對噪聲更加敏感。因此，今天的電路設(shè)計者們比以前會更關(guān)心電源噪聲的影響。實時示波器是用來進行電源噪聲測量的一種常用工具，但是如果使用方法不對可能會帶來完全錯誤的測量結(jié)果，筆者在和用戶交流過程中發(fā)現(xiàn)很多用戶的測試方法不盡正確，所以把電源紋波噪聲測試中需

8、要注意的一些問題做一下總結(jié)，供大家參考。由于電源噪聲帶寬很寬，所以很多人會選擇示波器做電源噪聲測量。但是不能忽略的是，實時寬帶數(shù)字示波器以及其探頭都有其固有的噪聲。如果要測量的噪聲與示波器和探頭的噪聲在相同數(shù)量級，那么要進行精確測量將是非常困難的一件事情。主題:電源紋波正確的測量方法DC-DC 模塊的電源紋波指標(biāo)是一項很重要的參數(shù)。干凈的電源是數(shù)字電路穩(wěn)定工作的前提，也是模擬器件的各項參數(shù)的重要保障。為了確定我們的電源干凈，必須對DC-DC 模塊的輸出紋波進行測量。但很多人測量得到的紋波值動輒上百mV，甚至幾百mV，遠遠比器件手冊提供的最大紋波值大，這主要是測量方法的不正確造成的。1 正確的測

9、量方法1、 限制示波器帶寬（一般示波器都有帶寬限制功能，Tek 的中低端示波器為20MHz，Agilent 的為30MHz 或25MHz），目的是避免數(shù)字電路的高頻噪聲影響紋波測量，盡量保證測量的準(zhǔn)確性；2、 設(shè)置耦合方式為交流耦合，方便測量（不關(guān)心直流電平）；3、 保證探頭接地盡量短（測量紋波動輒上百mV 的原因就是接地線太長）。目前比較流行的方法是拆除探頭的接地線和外殼，露出探頭地殼，自制接地線纏繞在探頭地殼上，可以保證接地線長度小于1cm；4、 示波器地懸空，只通過探頭地與單板共地，不要通過其他方式與單板儀器PC等共地（這樣會給紋波測量引入很大的地噪聲）。如：通過示波器三線插頭的地插針在

10、插線板上與其他儀器共地，或者通過接地線連接示波器地與其他儀器的地。其中第3 條是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。接地線過長，其電感效應(yīng)將給測量系統(tǒng)引入額外的噪聲，下圖為證：上圖探頭接地線的電感效應(yīng)2 對儀器的要求和示波器參數(shù)要求：支持帶寬限制功能，Tek 20MHz；Agilent 25 或30MHz。探頭參數(shù)要求：帶寬100M 即可?？紤]到盡量少引入EMC 噪聲以及測試方便。為了使接地線盡量短，盡量使用探頭的原裝測試短針，若無原裝測試短針，則須自制短接地線：去除探頭接地線套，用金屬絲自行繞制接地短線，推薦五類線中銅絲，強度適中（還是有些偏軟，有更好的請推薦）。其他候選有焊錫絲、刻刀。3 真正的紋波應(yīng)該是什么樣

11、子？以下各圖可以讓大家對紋波的相貌大概有個感性認識。被測DC-DC 模塊最大功耗100W，實際工作60W，輸出5.5V 與3.3V 兩路。共3 個型號。LQD25A48-5V0-3V3 3.3V 輸出紋波LQD25A48-5V0-3V3 5.5V 輸出紋波Q48DR3R350NRA 3.3V 輸出紋波Q48DR3R350NRA 5.5V 輸出紋波DQ65033QGL10 3.3V 輸出紋波DQ65033QGL10 5.5V 輸出紋波紋波和噪聲的關(guān)系及區(qū)別紋波就是一個直流電壓中的交流成分.直流電壓本來應(yīng)該是一個固定的值, 但是很多時候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的,由于濾波不干凈,就會有剩余

12、的交流成分,即便如此,就是用電池供電也因負載的波動而產(chǎn)生波紋.事實上,即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件,其輸出電壓也是有波紋的.紋波應(yīng)是AC和開關(guān)頻率的整倍數(shù),用傅里葉級數(shù)展開應(yīng)該是mf越高,Am越小.雜噪應(yīng)該是不規(guī)則的離散波,是由非線性器件對I、V互相反復(fù)調(diào)制,在負載、輸入的AC變化、溫度變化都使雜噪變化,其頻帶可能有數(shù)十MHz到1GHz,主要使以輻射的形式存在.雜噪是一種常用的通俗說法.其共性就是具有隨機性的.但必須注意,噪聲的分布一般呈現(xiàn)高斯分布,即白噪聲,而雜波則不是.輸出紋波和輸出電流和輸出電壓都有關(guān)系,主要是與電流的關(guān)系.通常輸出紋波近似等于輸出電流乘上輸出濾波電容的ESR值(下文有ES

13、R的講解).所以并不是濾波電容的容量越大輸出紋波越小,而應(yīng)該是濾波電容的ESR值越小輸出紋波越小.紋波是出現(xiàn)在輸出端子間的一種與輸入頻率和開關(guān)頻率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的0.5%以下;噪聲是出現(xiàn)在輸出端子間的紋波以外的一種高頻成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的1%左右.紋波噪聲是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在輸出電壓的2%以下.電容的ESR是什么意思 導(dǎo)讀ESR，是EquivalentSeriesResistance三個單詞的縮寫，翻譯過來就是“等效串連電阻”。 理論上，一個完美的

14、電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際關(guān)鍵詞：ESR電容ESR，是EquivalentSeriesResistance三個單詞的縮寫，翻譯過來就是“等效串連電阻”。理論上，一個完美的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈?。這個損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個電阻跟電容串連在一起，所以就起了個名字叫做“等效串連電阻”。ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。比如，我們認為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩

15、端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源啦一類的，都使用低ESR的電容器。同樣的，在振蕩電路等場合，ESR也會引起電路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴(yán)重后果。所以在多數(shù)場合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。不過事情也有例外，有些時候，這個ESR也被用來做一些有用的事情。比如在穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負載發(fā)生瞬變的時候，會立即產(chǎn)生波動而引發(fā)反饋電路動作，這個快速的響應(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應(yīng)速度比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴(yán)格限制的時候。這種情況見于一些使用mos管做調(diào)整管的

16、三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時候，太低的ESR反而會降低整體性能。ESR是等效“串連”電阻，意味著，將兩個電容串連，會增大這個數(shù)值，而并聯(lián)則會減少之。實際上，需要更低ESR的場合更多，而低ESR的大容量電容價格相對昂貴，所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個ESR相對高的鋁電解并聯(lián)，形成一個低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來器件成本的減少，很多時候都是劃算的。和ESR類似的另外一個概念是ESL，也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電感經(jīng)常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會成為ESR的一部分，并且ESL也會引發(fā)一些電路故障，比如串連諧振等。但是相對容量來說，ESL的比例太小，出現(xiàn)