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(huì)產(chǎn)生更多的危害;
1.2.降低了電源的效率,;
1.3.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;
1.4.會(huì)干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系,,影響其正常工作,;
1.5.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
二,、紋波、紋波系數(shù)的表示方法
可以用有效值或峰值來(lái)表示,,或者用絕對(duì)量,、相對(duì)量來(lái)表示;
單位通常為:mV
例如:
一個(gè)電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài),,其輸出為12V5A,,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)=紋波電壓/輸出電壓=10mv/12V=0.12%,。
三、紋波的測(cè)試方法
3.1.以20M示波器帶寬為限制標(biāo)準(zhǔn),,電壓設(shè)為PK-PK(也有測(cè)有效值的),,去除示波器控頭上的夾子與地線(xiàn)(因?yàn)檫@個(gè)本身的夾子與地線(xiàn)會(huì)形成環(huán)路,像一個(gè)天線(xiàn)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(guò)要考慮其產(chǎn)生的誤差),,在探頭上并聯(lián)一個(gè)10UF電解電容與一個(gè)0.1UF瓷片電容,,用示波器的探針直接進(jìn)行測(cè)試;如果示波器探頭不是直接接觸輸出點(diǎn),,應(yīng)該用雙絞線(xiàn),,或者50Ω同軸電纜方式測(cè)量。
四,、開(kāi)關(guān)電源紋波的主要分類(lèi)
開(kāi)關(guān)電源輸出紋波主要來(lái)源于五個(gè)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(kāi)關(guān)過(guò)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,。
五、電源紋波測(cè)試
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。
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),。對(duì)于恒流源的測(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。
所用的儀器是:配有電壓測(cè)量探頭的TDS1012B示波器。
測(cè)量之前需要進(jìn)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(hào)上的交流信號(hào),所以,,我們要測(cè)試紋波信號(hào)就可以去掉直流信號(hào),,直接測(cè)量所疊加的交流信號(hào)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(shí)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(shí)的數(shù)據(jù),。比如,,所用電壓探頭放在×10檔,則此時(shí),,這里的探頭的選項(xiàng)也必須設(shè)置為×10檔,。
2.觸發(fā)設(shè)置:
類(lèi)型:邊沿
信源:實(shí)際所選擇的通道,如,,準(zhǔn)備用CH1通道進(jìn)行測(cè)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(shí)時(shí)地觀察紋波信號(hào),,則選擇‘自動(dòng)’觸發(fā)。示波器會(huì)自動(dòng)跟隨實(shí)際所測(cè)信號(hào)的變化,,并顯示。這個(gè)時(shí)候,,你也可通過(guò)設(shè)置測(cè)量按鈕,,實(shí)時(shí)地顯示你所需要的測(cè)量的數(shù)值。但是,,如果你想要捕捉某次測(cè)量時(shí)的信號(hào)波形,,則需要將觸發(fā)方式設(shè)置為‘正常’觸發(fā)。此時(shí),,還需要設(shè)置觸發(fā)電平的大小,。一般當(dāng)你知道你所測(cè)量的信號(hào)峰值時(shí),將觸發(fā)電平設(shè)置為所測(cè)信號(hào)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(zhǎng)度(秒/格):
采樣長(zhǎng)度的設(shè)置決定能否采樣到所需要的數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的采樣長(zhǎng)度過(guò)大時(shí),就會(huì)漏掉實(shí)際信號(hào)中的高頻成分,;當(dāng)所設(shè)置的采樣長(zhǎng)度過(guò)小時(shí),,就只能看到所測(cè)實(shí)際信號(hào)的局部,同樣無(wú)法得到真實(shí)的實(shí)際信號(hào),。所以,,在實(shí)際測(cè)量時(shí),需來(lái)回旋轉(zhuǎn)按鈕,,仔細(xì)觀察,,直到所顯示波形是真實(shí)的完整的波形。
4.采樣方式:
可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定,。如,,要求測(cè)量紋波的P-P值,則最好選擇峰值測(cè)量法,。采樣次數(shù)也可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定,,這與采樣頻率及采樣長(zhǎng)度有關(guān)。
5.測(cè)量:
通過(guò)選擇對(duì)應(yīng)通道的峰值測(cè)量,,示波器就可以幫你把所需要的數(shù)據(jù)及時(shí)顯示出來(lái),。同時(shí)也可以選擇對(duì)應(yīng)通道的頻率、最大值,、均方根值等,。
通過(guò)對(duì)示波器進(jìn)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(hào),。但是,,在測(cè)量過(guò)程中一定要注意防止其它信號(hào)對(duì)于示波器探頭自身的干擾,以免所測(cè)量的信號(hào)不夠真實(shí),。
通過(guò)電流信號(hào)測(cè)量法測(cè)量紋波值是指,,測(cè)量疊加在直流電流信號(hào)上的交流紋波電流信號(hào)。對(duì)于紋波指標(biāo)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(hào)直接測(cè)量法可以得到更加真實(shí)紋波信號(hào)。與電壓測(cè)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(gè)電流放大器和一個(gè)電流探頭,。此時(shí),只需用電流探頭夾住輸出到負(fù)載的電流信號(hào),,就可以進(jìn)行電流測(cè)量法來(lái)測(cè)量輸出電流的紋波信號(hào)了,。與電壓測(cè)量法一樣,,整個(gè)測(cè)試過(guò)程中,示波器及電流放大器的設(shè)置是能否采樣到真實(shí)信號(hào)的關(guān)鍵,。
其實(shí),,用這種方法測(cè)量時(shí),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(gè)比例相同,,這樣從示波器所讀取數(shù)才是真實(shí)的數(shù)據(jù)。比如,,所用放大器的這個(gè)比例設(shè)置為5A/V,,則此時(shí)示波器的這一項(xiàng)也需設(shè)置為5A/V。至于電流放大器的耦合方式,,當(dāng)示波器的通道耦合已經(jīng)選擇為交流耦合時(shí),,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(shí),,需先打開(kāi)示波器,然后再打開(kāi)電流放大器,。且,,記得在使用前對(duì)電流探頭先消磁。
另外,,測(cè)量電源紋波本身有一定技巧性,。圖1給出了一個(gè)不當(dāng)使用示波器測(cè)量電源紋波的實(shí)例。在這個(gè)例子中出現(xiàn)了幾個(gè)錯(cuò)誤,,首先是使用了接地線(xiàn)很長(zhǎng)的示波器探針;其二是讓由探針和接地線(xiàn)形成的回路靠近功率變壓器和開(kāi)關(guān)元件,;最后是允許在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感,。其結(jié)果帶來(lái)的問(wèn)題是在測(cè)得的紋波波形中攜帶了拾取的高頻成分。
在電源中有許多很容易耦合到探針中的高速的,、大電壓和電流信號(hào)波形,,其中包括來(lái)自功率變壓器的磁場(chǎng)耦合、來(lái)自開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)耦合,、以及由變壓器交繞(interwinding)電容產(chǎn)生的共模電流,。
圖1:不當(dāng)?shù)募y波測(cè)量得到糟糕的結(jié)果,。
采用正確的測(cè)量技術(shù)可切實(shí)改善紋波測(cè)量的結(jié)果。首先,,通常會(huì)規(guī)定紋波的帶寬上限,,以避免拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲,應(yīng)該給用于測(cè)量的示波器設(shè)定合適的帶寬上限,。其次,,可以通過(guò)摘掉探針的“帽子”來(lái)去掉接地長(zhǎng)引線(xiàn)形成的天線(xiàn)。如圖2所示,,我們把一段短線(xiàn)繞在探針接地引線(xiàn)周?chē)?,并使之與電源地相連接。這樣做附帶的好處是縮短暴露在電源附近高強(qiáng)度電磁輻射中的探針長(zhǎng)度,,從而進(jìn)一步減少高頻拾取,。
最后,在隔離電源中,,真正的共模電流是由在探針接地引線(xiàn)中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的,,這就使得在電源地和示波器地之間產(chǎn)生電壓降,表現(xiàn)為紋波,。要抑制這個(gè)紋波,,需要在電源設(shè)計(jì)中仔細(xì)考慮共模濾波問(wèn)題。
此外,,把把示波器引線(xiàn)繞在鐵芯上可減小這個(gè)電流,,因?yàn)檫@樣會(huì)形成一個(gè)不影響差分電壓測(cè)量、但可降低由共模電流產(chǎn)生的測(cè)量誤差的共模電感,。圖2顯示了采用改進(jìn)測(cè)量技術(shù)對(duì)同一電路得到的紋波電壓測(cè)量結(jié)果,。可以看到,,高頻尖刺已幾乎消除,。
圖2:四種簡(jiǎn)單改進(jìn)極大地改善了測(cè)量結(jié)果。
事實(shí)上,,當(dāng)電源集成到系統(tǒng)中之后,,電源紋波性能甚至?xí)谩T陔娫春拖到y(tǒng)其它部分之間幾乎總會(huì)存在一定量的電感,。電感可能是由導(dǎo)線(xiàn)或在印刷線(xiàn)路板上的蝕刻線(xiàn)形成的,,而在芯片附近總會(huì)有作為電源負(fù)載的附加旁路電容,這兩者形成低通濾波效應(yīng)并進(jìn)一步降低電源紋波和/或高頻噪聲,。
舉一個(gè)極端的例子,,由電感量為15nH的長(zhǎng)一英寸的短線(xiàn)和電容量10μF的旁路電容構(gòu)成的濾波器,其截止頻率為400kHz,。該實(shí)例意味著能大幅減少高頻噪聲,。該濾波器的截止頻率比電源紋波頻率低很多倍,,可以切實(shí)降低紋波。聰明的工程師應(yīng)該在測(cè)試過(guò)程中設(shè)法利用它,。