电源的纹波测试

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  电源的纹波测试一、什么叫纹波纹波ripple的定义是指在直流电压或电流中叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处1.1容易在用电器上产生谐波而谐波会产生更多的危害1.2降低了电源的效率1.3较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生导致烧毁用电器1.4会干扰数字电路的逻辑关系影响其正常工作1.5会带来噪音干扰使图像设备、音响设备异常工作二、纹波、纹波系数的表示办法能够用有效值或峰值来表示或者用绝对量、相对量来表示单位通常为mV例如一个电源工作在稳压状态其输出为12V5A测得纹波的有效值为10mV这10mV就是纹波的绝对量而相对量即纹波系数纹波电压/输出电压10mv/12V0.12。三、纹波的测试方3.1以20M示波器带宽为限制标准电压设为PK-PK也有测有效值的去除示波器控头上的夹子与地线因为这个本身的夹子与地线会形成环路像一个天线接收杂讯引入一些不必要的杂讯使用接地环不使用接地环也可以不过要考虑其产生的误差在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容用示波器的探针直接来测试如果示波器探头不是非间接接触输出点应该用双绞线Ω同轴电缆方式测量。关电源纹波的主要分类开关电源输出纹波主要来自于五个方面4.1.输入低频纹波4.2.高频纹波4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。电源纹波测试纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源如激光器电源纹波则是其致命要害之一。所以电源纹波的测试就显得很重要。电源纹波的测量方法大致分为两种一种是电压信号测量法另一钟是电流信号测量一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。电压信号测量纹波是指用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试则一般是利用电压探头测量采样电阻两头的电压波形。整个测试过程中示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。所用的仪器是配有电压测量探头的TDS1012B示波器。测量之前有必要进行如下设置。1.通道设置耦合即通道耦合方式的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号所以我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号直接测量所叠加的交流信号就好。宽带限制关探头首先选用电压探头的方式。进而选择探头的衰减比例。必须与实际所用探头的衰减比例保持一致这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如所用电压探头放在10档则此时这里的探头的选项也必须设置为10档。2.触发设置类型边沿信源实际所选择的通道如准备用CH1通道来测试则此处就应选择为CH1。斜率上升。触发方式如果是在实时地观察纹波信号则选择„自动‟触发。示波器会自动跟随实际所测信号的变化并显示。这样一个时间段你也可通过设置测量按钮实时地显示你所需要的测量的数值。但是如果你想要捕捉某次测量时的信号波形则需要将触发方式设置为„正常‟触发。此时还需要设置触发电平的大小。一般当你知道你所测量的信号峰值时将触发电平设置为所测信号峰值的1/3处。如果不知道则触发电平可设为的稍微小一些。耦合直流或交流…一般用交流耦合。样长度秒/格采样长度的设置决定能否采样到所需要的数据。当所设置的采样长度过大时就会漏掉实际信号中的高频成分当所设置的采样长度过小时就只能看到所测实际信号的局部同样没办法得到真实的实际信号。所以在实际测量时需来回旋转按钮仔仔细细地观察直到所显示波形是线.采样方式可结合实际需要设定。如要求测量纹波的P-P值则最好选择峰值测量法。采样次数也可根据实际要设定这与采样频率及采样长度有关。5.测量通过选择对应通道的峰值测量示波器就可以帮你把所需要的数据及时显示出来。同时也可以选择对应通道的频率、最大值、均方根值等。通过对示波器进行合理设置和规范的操作一定可以得到所需的纹波信号。但是在测量过程中一定要注意防止其它信号对于示波器探头自身的干扰以免所测量的信号不够真实。通过电流信号测量法测量纹波值是指测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于纹波指标要求比较高的恒流源即要求纹波比较小的恒流源采用电流信号直接测量法可以得到更加真实纹波信号。与电压测量法不同的是这里还用到了电流探头。比如继续用上述的示波器再加一个电流放大器和一个电流探头。此时只需用电流探头夹住输出到负载的电流信号就可以进行电流测量法来测量输出电流的纹波信号了。与电压测量法一样整个测试过程中示波器及电流放大器的设置是能否采样到真实信号的关键。其实用这种方法测量时示波器的基本设置及用法与上述相同。不同的是通道设置中探头的设置有所不同。在这里需要选则电流探头的方式。然后选择探头的比例必须与放大器所设置的这个比例相同这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如所用放大器的这个比例设置为5A/V则此时示波器的这一项也需设置为5A/V。至于电流放大器的耦合方式当示波器的通道耦合已经选择为交流耦合时则这里选择交流或直流都可以。需要注意的是用这种方法时需先打开示波器然后再打开电流放大器。且记得在使用前对电流探头先消磁。电源的纹波测试纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源如激光器电源纹波则是其致命要害之一。所以电源纹波的测试就显得极为重要。电源纹波的测量方法大致分为两种一种是电压信号测量法另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。压信号测量纹波是指用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试则一般是通过使用电压探头测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。所用的仪器是配有电压测量探头的TDS1012B示波器。测量之前需要进行如下设置。1.通道设置耦合即通道耦合方式的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号所以我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号直接测量所叠加的交流信号就好。宽带限制关探头首先选用电压探头的方式。然后选择探头的衰减比例。必须与实际所用探头的衰减比例保持一致这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如所用电压探头放在10档则此时这里的探头的选项也必须设置为10档。2.触发设置类型边沿信源实际所选择的通道如准备用CH1通道进行测试则此处就应该选择为CH1。斜率上升。触发方式如果是在实时地观察纹波信号则选择?自动?触发。示波器会自动跟随实际所测信号的变化并显示。这个时候你也可通过设置测量按钮实时地显示你所需要的测量的数值。但是如果你想要捕捉某次测量时的信号波形则需要将触发方式设置为?正常?触发。此时还需要设置触发电平的大小。一般当你知道你所测量的信号峰值时将触发电平设 置为所测信号峰值的1/3处。如果不知道则触发电平可以设置的稍微小一些。 耦合 直流或交流…似乎没什么区别 3.采样长度秒/格 采样长度的设置决定能否采样到 所需要的数据。当所设置的采样长度过大时就会漏掉实际信号中的高频成分当所设 置的采样长度过小时就只能看到所测实际信号的局部同样无法得到真实的实际信 号。所以在实际测量时需来回旋转按钮仔细观察直到所显示波形是线.采样方式可根据实际需要设定。如要求测量纹波的P-P值则最优选择峰值 量法。采样次数也可结合实际需要设定这与采样频率及采样长度有关。 5.测量 过选择对应通道的峰值测量示波器就可以帮你把所需要的数据及时显示出来。同时 也可以再一次进行选择对应通道的频率、最大值、均方根值等。 通过对示波器做到合理设置和 规范的操作一定能得到所需的纹波信号。但是在测量过程中一定要注意防止其它 信号对于示波器探头自身的干扰以免所测量的信号不够真实。 通过电流信号测量法 测量纹波值是指测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于纹波指标要 求比较高的恒流源即要求纹波比较小的恒流源采用电流信号直接测量法能够获得更 加真实纹波信号。与电压测量法不同的是这里还用到了电流探头。比如继续用上述 的示波器再加一个电流放大 器和一个电流探头。此时只需用电流探头夹住输出到负 载的电流信号就能够直接进行电流测量法来测量输出电流的纹波信号了。与电压测量法 一样整个测试过程中示波器及电流放大器的设置是能否采样到真实信号的关键。 实用这种方法测量时示波器的基本设置及用法与上述相同。不同的是通道设置中探头的设置不一样。在这里需要选则电流探头的方式。进而选择探头的比例必须与 放大器所设置的这个比例相同这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如所用放 大器的这个比例设置为5A/V则此时示波器的这一项也需设置为5A/V。至于电流放大 器的耦合方式当示波器的通道耦合已经选择为交流耦合时则这里选择交流或直流都 可以。必须要格外注意的是用这种方法时需先打开示波器然后再打开电流放大器。且记得 在使用前对电流探头先消磁。 所示的示例中一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针他的第 二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近他的最 后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间有多余电感。该问题在纹波波形中 表现为高频拾取。在电源中存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压 和电流波形这中间还包括耦合自电源变压器的磁场耦合自开关节点的电场以及由变压器 互绕电容产生的共模电流。 错误的纹波测量得到的较差的测量结果利用正确 的测量办法能够大大地改善测得纹波结果。首先通常使用带宽限制来规定纹波以防 止拾取并非真正存在的高频噪声。我们该为用于测量的示波器设定正确的带宽限 制。其次通过取掉探针“帽”并构成一个拾波器如图 所示我们大家可以消除由长接地引线形成的天线。将一小段线缠绕在探针接地连接点周围并将该接地连接至电源。这 样做可以缩短暴露于电源附近高电磁辐射的端头长度从而进一步减少拾波。 最后在 隔离电源中会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和 示波器接地连接点之间形成了压降从而表现为纹波。要防止这一问题的出现我们就 需要非常注意电源设计的共模滤波。另外将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有 助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器其在不影响差分电压测量的同 时还减少了共模电流引起的测量误差。图 显示了该完全相同电路的纹波电压其使用了改进的测量方法。这样高频峰值就被真正地消除了。 四个轻微的改动便极大地改善了测量结果 实际上集成到系统中以后电源纹波性能甚至会更好。在电源 和系统其他组件之间几乎总是会存在一些电感。这种电感有几率存在于布线中抑或只 有蚀刻存在于 PWB 上。另外在芯片周围总是会存在额外的旁路电容它们就是电源 的负载。这二者共同构成一个低通滤波器逐步降低了电源纹波和/或高频噪声。在 极端情况下电流短时流经 15 nH 电感和 10 旁路电容的一英寸导体时该滤波器的截止频率为 400 kHz。这种情况下就从另一方面代表着高频噪声将会得到极大降低。许多情 况下该滤波器的截止频率会在电源纹波频率以下从而有可能大幅度的降低纹波。经验丰 富的工程师应该能找到在其测试过程中如何运用这种方法的途径。 电源输出纹波 简介 理想状态时电源输出的直流电压应为一固定值 但是很多时候它是通过交流电 压整流、滤波后得来的或多或少会有剩余的交流成分这种包含周期性与随机性成分 的杂波信号我们叫做纹波。较大的纹波会影响CPU与GPU正常工作这个数值越小 越好。 判定纹波的标准Intel在ATX12V 2.31规范中规定12V输出纹波不允许超出