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電源紋波分析及測試一點通

發(fā)布時間:2011-11-01

中心議題:
  • 電源紋波分析及測試一點通
解決方案:
  • 去除示波器控頭上的夾子與地線
  • 通過對示波器進行合理設(shè)置和規(guī)范的操作

一、什么叫紋波?

紋波(ripple)的定義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。

它主要有以下害處:

1.1.容易在用電器上產(chǎn)生諧波,而諧波會產(chǎn)生更多的危害;

1.2.降低了電源的效率;

1.3.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;

1.4.會干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系,影響其正常工作;

1.5.會帶來噪音干擾,使圖像設(shè)備、音響設(shè)備不能正常工作

二、紋波、紋波系數(shù)的表示方法


可以用有效值或峰值來表示,或者用絕對量、相對量來表示;

單位通常為:mV

例如:

一個電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài),其輸出為12V5A,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/輸出電壓=10mv/12V=0.12%。

三、紋波的測試方法


3.1.以20M示波器帶寬為限制標準,電壓設(shè)為PK-PK(也有測有效值的),去除示波器控頭上的夾子與地線(因為這個本身的夾子與地線會形成環(huán)路,像一個天線接收雜訊,引入一些不必要的雜訊),使用接地環(huán)(不使用接地環(huán)也可以,不過要考慮其產(chǎn)生的誤差),在探頭上并聯(lián)一個10UF電解電容與一個 0.1UF瓷片電容,用示波器的探針直接進行測試;如果示波器探頭不是直接接觸輸出點,應(yīng)該用雙絞線,或者50Ω同軸電纜方式測量。

四、開關(guān)電源紋波的主要分類


開關(guān)電源輸出紋波主要來源于五個方面:

4.1.輸入低頻紋波;

4.2.高頻紋波;

4.3.寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲;

4.4.功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲;

4.5.閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。

電源紋波測試

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準。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。

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。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。

所用的儀器是:配有電壓測量探頭的TDS1012B示波器。
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測量之前需要進行如下設(shè)置。

1.通道設(shè)置:


耦合:即通道耦合方式的選擇。紋波是疊加在直流信號上的交流信號,所以,我們要測試紋波信號就可以去掉直流信號,直接測量所疊加的交流信號就好。

寬帶限制:關(guān)

探頭:首先選用電壓探頭的方式。然后選擇探頭的衰減比例。必須與實際所用探頭的衰減比例保持一致,這樣從示波器所讀取數(shù)才是真實的數(shù)據(jù)。比如,所用電壓探頭放在×10檔,則此時,這里的探頭的選項也必須設(shè)置為×10檔。

2.觸發(fā)設(shè)置:

類型:邊沿

信源:實際所選擇的通道,如,準備用CH1通道進行測試,則此處就應(yīng)該選擇為CH1。

斜率:上升。

觸發(fā)方式:如果是在實時地觀察紋波信號,則選擇‘自動’觸發(fā)。示波器會自動跟隨實際所測信號的變化,并顯示。這個時候,你也可通過設(shè)置測量按鈕,實時地顯示你所需要的測量的數(shù)值。但是,如果你想要捕捉某次測量時的信號波形,則需要將觸發(fā)方式設(shè)置為‘正常’觸發(fā)。此時,還需要設(shè)置觸發(fā)電平的大小。一般當你知道你所測量的信號峰值時,將觸發(fā)電平設(shè)置為所測信號峰值的1/3處。如果不知道,則觸發(fā)電平可以設(shè)置的稍微小一些。

耦合:直流或交流…,一般用交流耦合。

3.采樣長度(秒/格):


采樣長度的設(shè)置決定能否采樣到所需要的數(shù)據(jù)。當所設(shè)置的采樣長度過大時,就會漏掉實際信號中的高頻成分;當所設(shè)置的采樣長度過小時,就只能看到所測實際信號的局部,同樣無法得到真實的實際信號。所以,在實際測量時,需來回旋轉(zhuǎn)按鈕,仔細觀察,直到所顯示波形是真實的完整的波形。

4.采樣方式:


可根據(jù)實際需要設(shè)定。如,要求測量紋波的P-P值,則最好選擇峰值測量法。采樣次數(shù)也可根據(jù)實際需要設(shè)定,這與采樣頻率及采樣長度有關(guān)。

5.測量:


通過選擇對應(yīng)通道的峰值測量,示波器就可以幫你把所需要的數(shù)據(jù)及時顯示出來。同時也可以選擇對應(yīng)通道的頻率、最大值、均方根值等。

通過對示波器進行合理設(shè)置和規(guī)范的操作,一定可以得到所需的紋波信號。但是,在測量過程中一定要注意防止其它信號對于示波器探頭自身的干擾,以免所測量的信號不夠真實。

通過電流信號測量法測量紋波值是指,測量疊加在直流電流信號上的交流紋波電流信號。對于紋波指標要求比較高的恒流源,即要求紋波比較小的恒流源,采用電流信號直接測量法可以得到更加真實紋波信號。與電壓測量法不同的是,這里還用到了電流探頭。比如,繼續(xù)用上述的示波器,再加一個電流放大器和一個電流探頭。此時,只需用電流探頭夾住輸出到負載的電流信號,就可以進行電流測量法來測量輸出電流的紋波信號了。與電壓測量法一樣,整個測試過程中,示波器及電流放大器的設(shè)置是能否采樣到真實信號的關(guān)鍵。

其實,用這種方法測量時,示波器的基本設(shè)置及用法與上述相同。不同的是,通道設(shè)置中探頭的設(shè)置有所不同。在這里,需要選則電流探頭的方式。然后,選擇探頭的比例,必須與放大器所設(shè)置的這個比例相同,這樣從示波器所讀取數(shù)才是真實的數(shù)據(jù)。比如,所用放大器的這個比例設(shè)置為5A/V,則此時示波器的這一項也需設(shè)置為5A/V。至于電流放大器的耦合方式,當示波器的通道耦合已經(jīng)選擇為交流耦合時,則這里選擇交流或直流都可以。

需要注意的是,用這種方法時,需先打開示波器,然后再打開電流放大器。且,記得在使用前對電流探頭先消磁。
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