電源紋波測(cè)試總結(jié)

1、請(qǐng)問(wèn)什么叫紋波？怎樣測(cè)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(duì)于不同的場(chǎng)合，對(duì)紋波的要求各不一樣。對(duì)于電容器老練來(lái)說(shuō)，無(wú)論是那一種紋波，只要不是太大，一般對(duì)電容器老練質(zhì)量不會(huì)構(gòu)成影響。而對(duì)程控機(jī)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(méi)有足夠的能量來(lái)推動(dòng)喇叭的紙盆或話機(jī)的聽(tīng)筒而形成雜音。因此對(duì)于這種窄脈沖的要求可以放寬。   &#

2、160;而對(duì)于音頻范圍內(nèi)的類似正弦波的紋波信號(hào)，雖然其幅度不是太高，但其能量卻使喇叭或聽(tīng)筒發(fā)生嗡嗡的雜音。因此對(duì)這種形態(tài)的紋波應(yīng)有一定的要求，而對(duì)于用于一些控制的場(chǎng)合，由于窄脈沖達(dá)到一定的高度會(huì)干擾數(shù)字或邏輯控制部件，使設(shè)備運(yùn)行的可靠性降低，因此對(duì)這種窄脈沖的幅度應(yīng)有一定的限制，而對(duì)類似正弦波的紋波，一般由于其幅度較低，對(duì)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(lái)表示，可以用絕對(duì)量，也可以用相對(duì)對(duì)量來(lái)表示。例如一個(gè)電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，其輸出為100V5A，測(cè)得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對(duì)量，而相對(duì)量即紋波系數(shù)=紋波

3、電壓/輸出壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬(wàn)分之一。 事實(shí)上，紋波就是一個(gè)直流電壓中的交流成分。直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值，但是很多時(shí)候它是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的，由于濾波不干凈，就會(huì)有剩余的交流成分，即便如此，就是用電池供電也因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋。事實(shí)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(yàn)，可以用示波器來(lái)看，就會(huì)看到電壓上下輕微波動(dòng)，就像水紋一樣，所以叫做紋波。 一般使用交流毫伏表來(lái)測(cè)量紋波電壓，因?yàn)榻涣骱练碇粚?duì)交流電壓響應(yīng)，并且靈敏度比較高，可測(cè)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(méi)有交流毫伏

4、表，也可使用示波器來(lái)測(cè)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(huì)影響系統(tǒng)的工作，帶來(lái)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(jiǎn)單地說(shuō)，就是一定頻率的電壓或電流作用于非線性負(fù)載時(shí),會(huì)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

5、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(wú)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(guò)電流或過(guò)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)備利用率； 3、使電氣設(shè)備（如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、變壓器等）運(yùn)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(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及許多用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷?dòng)作或操作； 5、使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器、儀表不能正確指示或計(jì)量； 6、干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳

6、輸質(zhì)量，破壞信號(hào)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(huì)產(chǎn)生較多的危害； 2、降低了電源的效率； 3、較強(qiáng)的紋波會(huì)造成浪涌電壓或電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致燒毀用電器； 4、會(huì)干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響其正常工作； 5、會(huì)帶來(lái)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?cè)谖覀儾恍枰牡胤匠霈F(xiàn)都是有害的，需要我們避免的。對(duì)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(gè)允許的范圍之內(nèi)，不對(duì)環(huán)境和設(shè)備產(chǎn)生影響就算達(dá)到了我們的目的。

7、60;紋波是疊加在直流信號(hào)上的交流干擾信號(hào)，是電源測(cè)試中的一個(gè)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(cè)試就顯得極為重要。       電源紋波的測(cè)量方法大致分為兩種：一種是電壓信號(hào)測(cè)量法；另一鐘是電流信號(hào)測(cè)量法。一般對(duì)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(hào)測(cè)量法。而對(duì)于紋波性能要求高的恒流源則最好用電流信號(hào)測(cè)量法。1 ）、電壓信號(hào)測(cè)量紋波是指，用示波器測(cè)量疊加在直流電壓信號(hào)上的交流紋波電壓信號(hào)。對(duì)于恒壓源，測(cè)試可以直接用電壓探頭測(cè)量輸出到負(fù)載上的電壓信號(hào)。2 ）、對(duì)于

8、恒流源的測(cè)試，則一般是通過(guò)使用電壓探頭，測(cè)量采樣電阻兩端的電壓波形。整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，示波器的設(shè)置是能否采樣到真實(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。電源紋波噪聲測(cè)試方法 我們今天的電子電路（比如手機(jī)、服務(wù)器等領(lǐng)域）的切換速度、信號(hào)擺率比以前更高，同時(shí)芯片的封裝和信號(hào)擺幅卻越來(lái)越小，對(duì)噪聲更加敏感。因此，今天的電路設(shè)計(jì)者們比以前會(huì)更關(guān)心電源噪聲的影響。實(shí)時(shí)示波器是用來(lái)進(jìn)行電源噪聲測(cè)量的一種常用工具，但是如果使用方法不對(duì)可能會(huì)帶來(lái)完全錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果，筆者在和用戶交流過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多用戶的測(cè)試方法不盡正確，所以把電源紋波噪聲測(cè)試中需要注意的一些問(wèn)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

9、會(huì)選擇示波器做電源噪聲測(cè)量。但是不能忽略的是，實(shí)時(shí)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(cè)量的噪聲與示波器和探頭的噪聲在相同數(shù)量級(jí)，那么要進(jìn)行精確測(cè)量將是非常困難的一件事情。 主題:  電源紋波正確的測(cè)量方法DC-DC 模塊的電源紋波指標(biāo)是一項(xiàng)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(xiàng)參數(shù)的重要保障。為了確定我們的電源干凈，必須對(duì)DC-DC 模塊的輸出紋波進(jìn)行測(cè)量。但很多人測(cè)量得到的紋波值動(dòng)輒上百mV，甚至幾百mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比器件手冊(cè)提供的最大紋波值大，這主要是測(cè)量方法的不正確造成的。1 正確的測(cè)量方法1、 限制示波器帶寬（一般示波

10、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(cè)量，盡量保證測(cè)量的準(zhǔn)確性；2、 設(shè)置耦合方式為交流耦合，方便測(cè)量（不關(guān)心直流電平）；3、 保證探頭接地盡量短（測(cè)量紋波動(dòng)輒上百mV 的原因就是接地線太長(zhǎng)）。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(zhǎng)度小于1cm；4、 示波器地懸空，只通過(guò)探頭地與單板共地，不要通過(guò)其他方式與單板儀器PC等共地（這樣會(huì)給紋波測(cè)量引入很大的地噪聲）。如：通過(guò)示波器三線插頭的地插針在插線板上與其他儀器共地，或者通過(guò)接地

11、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(guò)長(zhǎng)，其電感效應(yīng)將給測(cè)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(duì)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(cè)試方便。為了使接地線盡量短，盡量使用探頭的原裝測(cè)試短針，若無(wú)原裝測(cè)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(qiáng)度適中（還是有些偏軟，有更好的請(qǐng)推薦）。其他候選有焊錫絲、刻刀。3 真正的紋波應(yīng)該是什么樣子？以下各圖可以讓大家對(duì)紋波的相貌大

12、概有個(gè)感性認(rèn)識(shí)。被測(cè)DC-DC 模塊最大功耗100W，實(shí)際工作60W，輸出5.5V 與3.3V 兩路。共3 個(gè)型號(hào)。 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(gè)直流電壓中的交流成分.直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值, 但是很多時(shí)候它是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的,由于濾波不干凈,就會(huì)有剩余

13、的交流成分,即便如此,就是用電池供電也因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋.事實(shí)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(jí)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(duì)I、V互相反復(fù)調(diào)制,在負(fù)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(shuō)法.其共性就是具有隨機(jī)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

14、上輸出濾波電容的ESR值(下文有ESR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(gè)單

15、詞的縮寫，翻譯過(guò)來(lái)就是“等效串連電阻”。 理論上，一個(gè)完美的電容，自身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失，但是實(shí)際關(guān)鍵詞：ESR電容ESR，是EquivalentSeriesResistance三個(gè)單詞的縮寫，翻譯過(guò)來(lái)就是“等效串連電阻”。理論上，一個(gè)完美的電容，自身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失，但是實(shí)際上，因?yàn)橹圃祀娙莸牟牧嫌须娮?，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(gè)損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個(gè)電阻跟電容串連在一起，所以就起了個(gè)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(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對(duì)電容施加一個(gè)電流，電容因?yàn)樽陨沓潆?，電壓?huì)從0開始上升

16、。但是有了ESR，電阻自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生突變。無(wú)疑的，這會(huì)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(chǎng)合，ESR也會(huì)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(chǎng)合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。不過(guò)事情也有例外，有些時(shí)候，這個(gè)ESR也被用來(lái)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(fù)載發(fā)生瞬變的時(shí)候，會(huì)立即產(chǎn)生波動(dòng)而引發(fā)反饋電路動(dòng)作，這個(gè)快速的響應(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價(jià)，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

17、量受到嚴(yán)格限制的時(shí)候。這種情況見(jiàn)于一些使用mos管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時(shí)候，太低的ESR反而會(huì)降低整體性能。ESR是等效“串連”電阻，意味著，將兩個(gè)電容串連，會(huì)增大這個(gè)數(shù)值，而并聯(lián)則會(huì)減少之。實(shí)際上，需要更低ESR的場(chǎng)合更多，而低ESR的大容量電容價(jià)格相對(duì)昂貴，所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個(gè)ESR相對(duì)高的鋁電解并聯(lián)，形成一個(gè)低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來(lái)器件成本的減少，很多時(shí)候都是劃算的。和ESR類似的另外一個(gè)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(huì)成為ESR的一部分，并且ESL也會(huì)引發(fā)一些電路故障，比如串連諧振等。但是相對(duì)