電源紋波測(cè)試的正確方法是什么 如何抑制電源紋波的方式

電源紋波測(cè)試的正確方法是一個(gè)涉及多個(gè)步驟和注意事項(xiàng)的精細(xì)過程。

一、測(cè)試前的準(zhǔn)備

1. 選擇合適的測(cè)試設(shè)備

• 示波器 ：示波器是測(cè)量電源紋波的主要工具，應(yīng)確保其帶寬和靈敏度符合測(cè)試要求。一般而言，示波器的帶寬應(yīng)高于被測(cè)紋波的頻率范圍，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉紋波信號(hào)。
• 電壓探頭 ：選擇與被測(cè)電源輸出相匹配的電壓探頭，確保測(cè)量精度。

2. 測(cè)試環(huán)境設(shè)置

• 溫度與濕度 ：在電源行業(yè)和電源用戶對(duì)電源進(jìn)行鑒定時(shí)，通常要求測(cè)試環(huán)境保持在室內(nèi)（約20℃），濕度應(yīng)小于80%，以減少環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
• 電磁干擾與機(jī)械震動(dòng) ：測(cè)試環(huán)境應(yīng)盡可能減少電磁干擾和機(jī)械震動(dòng)，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 儀器與被測(cè)電源 ：標(biāo)準(zhǔn)儀器與被測(cè)電源應(yīng)在測(cè)試環(huán)境下放置24小時(shí)以上，以確保儀器和被測(cè)電源的穩(wěn)定性和一致性。

二、測(cè)試步驟

1. 連接測(cè)試設(shè)備

• 將示波器的探頭連接到待測(cè)試的電源輸出端（通常是電源的正極和負(fù)極），確保連接牢固并正確接地，以避免干擾和安全風(fēng)險(xiǎn)。

2. 設(shè)置示波器

• 時(shí)間基準(zhǔn) ：根據(jù)測(cè)試要求和預(yù)期的紋波頻率范圍，設(shè)置示波器的時(shí)間基準(zhǔn)。選擇合適的時(shí)間尺度（如毫秒/微秒）以清晰顯示紋波波形。
• 垂直靈敏度 ：設(shè)置示波器的垂直靈敏度，確保能夠準(zhǔn)確顯示紋波的電壓幅度。
• 觸發(fā)設(shè)置 ：選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)模式和觸發(fā)電平。觸發(fā)模式可以選擇邊沿觸發(fā)或脈沖觸發(fā)，觸發(fā)電平可以設(shè)置為電源紋波期望值的一半或根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。

3. 測(cè)量紋波

• 打開示波器并觀察屏幕上的波形。確保波形穩(wěn)定且可以清晰地觀察到電源紋波的特征。紋波通常表現(xiàn)為周期性的起伏或波動(dòng)。
• 使用示波器的測(cè)量功能（如峰值檢測(cè)、平均值檢測(cè)等）來測(cè)量紋波的峰峰值、最大值、最小值或平均值等參數(shù)。這些參數(shù)可以根據(jù)測(cè)試需求進(jìn)行選擇和記錄。

三、測(cè)量結(jié)果分析

• 將測(cè)量結(jié)果與規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。不同行業(yè)和應(yīng)用可能有不同的紋波限制要求。根據(jù)測(cè)試結(jié)果判斷電源紋波是否在允許范圍內(nèi)。
• 如果測(cè)量結(jié)果超出規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)限制，則需要分析原因并采取相應(yīng)措施進(jìn)行改進(jìn)?？赡艿脑虬娫丛O(shè)計(jì)缺陷、濾波電路不足、負(fù)載變化等。

四、注意事項(xiàng)

1. 加載測(cè)試

• 對(duì)于純電源而言，測(cè)量電源紋波時(shí)通常要求在加載時(shí)測(cè)量。所加負(fù)載應(yīng)使輸出電流大于額定輸出電流的80%以上以模擬實(shí)際工作條件。

2. 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)選擇

• 對(duì)于低噪聲的純阻性負(fù)載或電子負(fù)載還需要選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。不同的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3. 紋波表示方法

• 紋波電壓可以用絕對(duì)量表示也可以用相對(duì)量表示。一般用紋波電壓與直流輸出電壓的比例來評(píng)價(jià)直流電源的濾波性能即紋波系數(shù)。紋波系數(shù)作為評(píng)價(jià)直流電源的一個(gè)重要指標(biāo)其計(jì)算方法為紋波電壓的有效值與直流輸出電壓的百分比。

4. 抑制紋波的方法

• 在測(cè)試過程中如果發(fā)現(xiàn)紋波過大可能需要采取抑制措施。常用的抑制方法包括加大濾波電路中電容容量、采用LC濾波電路、采用多級(jí)濾波電路、以線性電源代替開關(guān)電源以及合理布線等。這些方法可以根據(jù)紋波的類型和來源進(jìn)行有針對(duì)性的選擇和應(yīng)用。

如何抑制電源紋波的方式

抑制電源紋波是電源設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)，它直接關(guān)系到電源的穩(wěn)定性和輸出質(zhì)量。以下將詳細(xì)介紹幾種常見的抑制電源紋波的方式，這些方法涵蓋了電路設(shè)計(jì)、元件選擇、布局布線等多個(gè)方面。

一、電路設(shè)計(jì)優(yōu)化

1. 濾波電路設(shè)計(jì)

• 加大輸出電感和輸出電容 ：這是最簡(jiǎn)單且常用的濾波手段。通過增加輸出電容值，可以延緩導(dǎo)通時(shí)間，增大電源的調(diào)節(jié)時(shí)間，從而達(dá)到減小紋波的目的。通常，對(duì)于輸出電容，會(huì)選擇鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的，但鋁電解電容在抑制高頻噪聲方面效果有限，且ESR（等效串聯(lián)電阻）較大。因此，常在其旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容，以彌補(bǔ)其不足。
• LC濾波線路 ：在輸出端增加一級(jí)LC濾波線路，可以顯著抑制噪紋波。LC濾波器對(duì)噪紋波的抑制作用明顯，通過選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，可以有效減小紋波。采樣點(diǎn)通常選在LC濾波器之前。
• 多級(jí)濾波電路 ：對(duì)于要求更高的場(chǎng)合，可以采用多級(jí)濾波電路，通過多級(jí)濾波來進(jìn)一步降低紋波。

2. LDO濾波

• 在開關(guān)電源輸出之后接LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器）濾波，是減少紋波和噪聲最有效的辦法之一。LDO濾波輸出電壓恒定，不需要改變?cè)械姆答佅到y(tǒng)，但成本較高且功耗較大。這種方法通常用于需要高精度輸出的高端開關(guān)電源上，如服務(wù)器信號(hào)、醫(yī)療設(shè)備等高精度儀器。

二、元件選擇與優(yōu)化

1. 電容選擇

• 輸出電容 ：如前所述，輸出電容的選擇對(duì)紋波抑制至關(guān)重要。除了鋁電解電容和陶瓷電容的組合外，還可以根據(jù)具體需求選擇其他類型的電容，如鉭電容等。
• 輸入電容 ：在靠近電流輸入端并聯(lián)電容，可以提供更穩(wěn)定的電流，有助于減小輸入端的紋波。

2. 電感選擇

• 電感的選擇也影響紋波的抑制效果。電感內(nèi)電流波動(dòng)大小和電感值成反比，因此增大電感值可以減小電流的突變峰值，從而降低紋波的波動(dòng)幅度。但需要注意的是，電感值不能無(wú)限制地增加，否則會(huì)增加成本和體積。

三、布局布線優(yōu)化

• 合理布局 ：在PCB設(shè)計(jì)中，合理布局是降低電源紋波的重要手段之一。應(yīng)盡量將高頻元件和低頻元件分開布局，減少相互干擾。同時(shí)，濾波元件應(yīng)盡量靠近電源輸出端，以縮短濾波路徑。
• 布線優(yōu)化 ：布線時(shí)，應(yīng)避免長(zhǎng)距離平行布線以減少電磁耦合和串?dāng)_。對(duì)于高頻信號(hào)線，應(yīng)采用微帶線或帶狀線等結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線，以減小信號(hào)衰減和輻射。

四、其他抑制方法

1. 減小寄生參數(shù)

• 減小控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出端加共模抑制電感及電容，可以有效抑制共模紋波噪聲。

2. 控制環(huán)路優(yōu)化

• 選擇合適的控制環(huán)路參數(shù)，可以抑制調(diào)節(jié)器自激響應(yīng)，減少附加紋波的產(chǎn)生。同時(shí)，增強(qiáng)環(huán)路的穩(wěn)定性也有助于降低紋波。

3. 降低開關(guān)毛刺幅度

• 開關(guān)毛刺是產(chǎn)生高頻紋波的重要因素之一。通過優(yōu)化開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，可以降低開關(guān)毛刺幅度，從而減少高頻紋波的產(chǎn)生。

五、綜合應(yīng)用與考慮

在實(shí)際應(yīng)用中，抑制電源紋波往往需要綜合考慮多種方法。例如，在設(shè)計(jì)高精度電源時(shí)，可以結(jié)合使用LC濾波、LDO濾波和合理布局布線等多種手段來降低紋波。同時(shí)，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來選擇合適的元件和參數(shù)以達(dá)到最佳的抑制效果。

此外，隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的深入，新的抑制電源紋波的方法也在不斷涌現(xiàn)。例如，采用數(shù)字控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源輸出的精確控制和調(diào)節(jié)；采用新型濾波元件如磁珠、EMI濾波器等也可以提高濾波效果。因此，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中需要不斷關(guān)注新技術(shù)和新方法的發(fā)展動(dòng)態(tài)以便及時(shí)采用更先進(jìn)的抑制手段來提高電源的穩(wěn)定性和可靠性。

電源紋波測(cè)試是確保電源質(zhì)量穩(wěn)定可靠的重要環(huán)節(jié)。通過選擇合適的測(cè)試設(shè)備、設(shè)置合適的測(cè)試環(huán)境、遵循正確的測(cè)試步驟并注意相關(guān)事項(xiàng)可以準(zhǔn)確測(cè)量電源紋波并評(píng)估其性能。同時(shí)根據(jù)測(cè)試結(jié)果采取相應(yīng)的抑制措施可以進(jìn)一步提高電源的濾波性能和穩(wěn)定性。