电源纹波的产生、测量和抑制

波的大校

3 电源纹波测量

电源纹波的测量分两大类，一类是单独电源的鉴定，另一类是产品的调试测量。

在电源行业和电源用户对电源鉴定时，要求选择在(20±5)℃的室内进行，湿度应小于80%，周围对测量有影响的机械震动及电磁干扰应减到最小，标准仪器与被检电源应在以上的检定环境下放置24h以上。对纯电源来讲，测量电源纹波时，要求在加载时测量，所加负载要使输出电流大于额定输出电流的80%以上。除选低噪声的纯阻性负载或电子负载外，还要选择对应的测量标准。不同的标准会有不同的测量结果。

纹波电压可以用绝对量，也可以用相对量来表示。纹波电压幅度与直流电压幅度之比称为电源的纹波系数，常用对数方式表示。例如一个电源工作在稳压状态，其输出为10V/1A，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/10V=0.1%，即等于千分之一。电源纹波的测量可以用毫伏表或示波器。

3.1 示波器测量电源纹波

目前常用示波器来测量电源纹波，除了可测量纹波的各种电压值，还可以看到波形。如使用数字示波器，注意存储深度和干扰，否则可能造成无法正确的测量。可以用模拟示波器，泰克公司生产的示波器有专门配备的电源纹波测量软件。

用示波器对电源纹波测量的连线方式有以下几种：

靠连法

使用带有地线环的示波器探头，将探针直接接触正输出的管脚，地线环直接接触负输出的管脚，这样从示波器中读出的峰峰值为输出线上的纹波与噪声，如图3。

直连法

将地线环直接与负输出管脚连接，利用探头接地环进行输出端测试，如图4。

绞连法

输出管脚接双绞线后接电容，在电容两端用示波器测量。

在用以上方法连接测量时要注意：首先，根据要求规定示波器测量纹波的带宽上限，以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声，一般带宽上限设为20MHz，为了滤除叠加的直流电压，采用AC耦合输入方式；其次，摘掉探针的“帽子”，直接用探头的屏蔽地和信号输出地连接，减短长接地引线形成的天线；为减小探头感应的影响，多数情况下都采用在探头接入点的位置并联小电解电容和瓷片电容，并联电容可以减少外界干扰信号进入示波器，也可以将一段短线绕在探针接地引线周围，并使之与电源地相连接。这样做的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度，从而进一步减少高频拾取。此外，把示波器引线绕在铁芯上可减小共模电流，因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感，在隔离电源中，真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的，这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降，表现为纹波。

3.2 交流毫伏表测量电源纹波

用交流毫伏表来测量纹波电压，是因为毫伏表只对交流电压响应，并且灵敏度高，可测量很小的交流电压，而纹波往往是比较小的交流电压。毫伏表可直接读出纹波电压的有效值、峰值和平均值。但结果与毫伏表的频响有关，在使用交流数字电压表时，要注意其频响范围，不同范围会有不同的测量结果。

4 电源纹波抑制

抑制纹波电压的通常做法是，加大滤波电路中电容容量，或采用LC滤波电路，或采用多级滤波电路；以线性电源代替开关电源；合理布线等。但如果能有针对的采取措施可能会起到事半功倍的效果。

4.1 低频纹波的抑制

对开关电源来说，可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。低频纹波是输入整流纹波通过DC/DC变换器传递到输出的，它的大小取决于整流滤波电容器的电容量和反馈调节回路的调节器性能。根据开关电源的公式，输出纹波和输出电容值成反比，电感内电流波动大小和电感值成反比。所以加大电容值和电感值可以减小输出纹波。适当配置调节器的参数，增大交流反馈，也可以有效地降低纹波。

4.2 高频纹波的抑制

输出纹波从频谱上分主要由低频纹波、开关频率纹波和尖峰三个方面组成。而尖峰是纹波的主要部分，它的大小基本决定了纹波的大小。因为高频变压器初级、次级存在漏感，开关管在导通和截止的瞬间，漏感中的电流无法释放便产生了尖峰。整流尖峰的产生原因是高频整流管的PN结存在结电容，整流管在导通和截止的瞬间，结电容的充放电也会产生尖峰。从示波器中可看到开关电源输出尖峰的频率约50MHz～100MHz，远高于滤波电感器的截止频率，不能用常规的电感滤波方式来解决。实际工作中只能采取减小变压器漏感和采用软恢复特性的高频整流管；采用高频滤波器；采用多级滤波；提高开关电源工作频率。

4.3 共模纹波的抑制

对于共模纹波嗓声的常用方法:

（1）减小控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出端加共模抑制电感及电容；

（2）采用EMI滤波器；

（3）降低开关毛刺幅度。