行業(yè)：電源適配器  刷新日期:2021年06月02日  發(fā)布日期:2017年05月09日  本站網(wǎng)址：whcdsjx.cn

　　　紋波是電源的一項電性指標,但如何準確測量紋波確實一個被廣泛忽略的問題.也許您認為不就是示波器交流耦合,然后把探頭點在電源上嗎?事實遠非如此,這里將為您呈現(xiàn)如何準確的用示波器測電源紋波.

　　　▲探頭的選擇

　　　在十幾年前,很多公司的電源測試標準中都有明確的規(guī)定,要求使用1:1 探頭進行測量.因為這種探頭不會損失示波器的測量檔位,比如示波器原來最小檔位是2mv/div,使用1:1探頭就仍然可以通過這個檔位測量紋波,即可以準確測量出10mv以內(nèi)的紋波.但是由于這種探頭的帶寬只能做到6MHz左右,所以隨著開關(guān)電源頻率的提升,這種探頭便不再適合使用.

　　　目前常用的電源測量探頭是10:1無源探頭、100:1無源探頭、高壓差分探頭.探頭的選擇上首先要考慮電壓范圍,被測電壓不要超出探頭允許的范圍.比如說一般的10:1的無源探頭,其低頻耐壓值是300VRMS,且隨著頻率的升高而降低,如圖1所示.使用之前要測量信號的電壓范圍在此范圍內(nèi),否者將無法進行正確的測量.

無源探頭輸入額定電壓曲線

　　　除此之外,還需要考慮探頭衰減比對底噪的放大,從而判斷信號的真實有效部分.采用探頭測量時的示意圖如圖2所示,其中Gn1是虛擬的一個噪聲源,表示示波器的本底噪聲,而Gn2表示探頭的本底噪聲.由于信號經(jīng)過了探頭的衰減,為了還原真實信號的大小,示波器內(nèi)部會對信號再進一步放大,而此時Gn1和Gn2也就跟著被放大,其放大倍數(shù)就是衰減比的倒數(shù).所以衰減倍數(shù)越大,其測量系統(tǒng)的本底噪聲也就被放大的越多.

底噪放大示意圖

　　　例如使用500：1高壓差分探頭進行測量,示波器本底噪聲是1mv,探頭噪聲為為1mv,這樣累加噪聲是2mv,再經(jīng)過500倍的放大,其本底噪聲就達到了1V,此時就需要考慮,1V的噪聲是否在允許范圍內(nèi).如果您的被測系統(tǒng)紋波本身也就只有1V或者更小,那1V的噪聲顯然是不允許的.

　　　▲接地方式的選擇

　　　傳統(tǒng)的使用習(xí)慣上,示波器的接地方式就是那根長長的接地夾線.如圖3所示,這種接地方式,確實是一種簡單方便的接地方式,但是卻并不是一種嚴謹?shù)?、準確的接地方式.

接地夾線示意圖

　　　由于地夾線比較長,其會形成一個寄生電感Lgnd,隨著夾線的增長,這個電感也會增大,而這個回路電感會和示波器探頭的輸入電容Cin產(chǎn)生諧振.這就導(dǎo)致示波器的幅頻特性變得不平坦,導(dǎo)致測量不準確.其等效電路如圖4所示：

接地夾線等效電路圖

　　　但是這還不是接地夾線最致命的.開關(guān)電源,隨著開關(guān)管的開合,不僅僅產(chǎn)生了電源紋波,同時也產(chǎn)生了很多電磁干擾,通過空間進行輻射,而這部分輻射就會被接地夾線與探頭形成的線圈給接收到,再加上示波器是高阻輸入的,就導(dǎo)致這部分信號對測量的干擾非常可觀.電磁干擾雖然也可以說是電源的一項參數(shù),但是這部分信號是無法通過示波器探頭來進行準確測量的,測量出來的值是毫無意義的.

電磁輻射示意圖

　　　因為以上兩點,所以在測試電源紋波時,是不應(yīng)該使用接地夾線的,而應(yīng)該使用接地彈簧.如圖6所示,這樣既降低了環(huán)路電感從而保證了較好的幅頻特性,又降低了電磁輻射的引入.

接地彈簧示意圖

　　　如果是使用的高壓差分探頭,則應(yīng)該將兩根輸入線雙絞在一起,如圖7所示,用以降低環(huán)路面積.

高壓差分探頭輸入線雙絞示意圖

　　　▲濾波器的應(yīng)用

　　　上面講了兩種情況,是能夠有效的增強測量結(jié)果真實性的方法.但是有些情況卻無法按這兩點來操作.比如利用高壓差分探頭進行測量,一般有兩個衰減比可以選擇：50:1（MAX 130V）、500:1（MAX 1300V）.若測量的電壓是200V,這時便發(fā)現(xiàn)只能選用500:1的探頭衰減比.而按第一部分內(nèi)容中的計算可知,本底噪聲有1V左右,這個底噪就有些偏大了,會影響最終的結(jié)果.再比如有些測量情況下不方便固定接地彈簧,而必須使用接地夾線進行固定,但是這樣又會引入大量的電磁輻射干擾.

　　　這時候就需要使用濾波器了.噪聲和電磁輻射的干擾也和正常信號一樣,也是分頻段的.如果我們把一部分頻段的噪聲濾除掉,就可以大大降低底噪和輻射干擾.但是我們又不希望關(guān)心的信號被濾除掉,這就需要使用低通濾波器了.

　　　示波器都會有一個20M帶寬限制的功能,就是為了降低底噪和輻射干擾,將關(guān)心的信號從一堆混亂的信號中摘出來.但是隨著開關(guān)電源頻率的升高,頻率的多樣化,一個固定的20M帶寬限制顯然已經(jīng)不再夠用了.這里用ZDS4000系列示波器來說明下,它集成了強大的數(shù)字濾波器功能,其通帶頻率可以任意設(shè)置,最高到200MHz.圖8和圖9是濾波器對底噪和電磁輻射干擾的抑制效果.

數(shù)字濾波器對底噪的降低

數(shù)字濾波器對電磁輻射干擾的抑制

　　　您在測量時,只需要預(yù)估一下自己想要測量的頻率范圍,然后設(shè)置好數(shù)字濾波器,就可以使你的示波器擁有更低的底噪,使得測量更加準確.

　　　▲在輸出端并聯(lián)一個電解電容和一個瓷片電容(后面有一篇文章專門講述了這項:為什么紋波測試時示波器要并聯(lián)電解和瓷片電容)

　　　我們常常可以見到電源適配器測試紋波的一個行業(yè)國際標準:使用示波器帶寬為20MHz 連接到適配器的輸出端,同時輸出端并聯(lián)一個47uF 的電解電容和一個0.1uF 的瓷片電容.在輸出端并聯(lián)電解電容(一般是47uF)是為了隔斷直流干擾,并聯(lián)瓷片電容(一般是0.1uF)是為了濾掉高頻干擾,這個干擾的頻率遠比你所測的紋波頻率要大,最后示波器顯示的讀數(shù)就是你要的紋波數(shù)據(jù)了！

輸出端并聯(lián)一個電解電容和一個瓷片電容示意圖

　　　▲結(jié)果的分析

　　　測量出電源紋波后,ZDS4000系列示波器還具有很多后期數(shù)據(jù)分析功能如峰峰值統(tǒng)計、最大值統(tǒng)計、最小值統(tǒng)計等.還有強大的FFT功能.可以通過FFT功能,對得到的紋波波形進行頻率上的分析,這樣可以準確的知道每個頻點上的噪聲大小.這樣就可以更加準確的得到由開關(guān)引起的紋波大小,如圖10所示：

FFT對紋波結(jié)果進行分析

　　　▲以上指出了一些測量電源紋波的一些注意事項,歸納如下:

　　　1、探頭的選擇,需要結(jié)合探頭的耐壓范圍和被測信號的電壓范圍來選取,同時還要考慮探頭衰減比對本底噪聲的放大作用.

　　　2、接地方式的選擇,應(yīng)該盡可能的降低接地回路,如使用接地彈簧.這樣既能改善幅頻曲線,又能降低電磁輻射的干擾.

　　　3、靈活的使用數(shù)字濾波器,將我們需要的信號從“紛紛擾擾”的噪聲中提取出來,使得結(jié)構(gòu)更加精確.

　　　4、在輸出端并聯(lián)一個電解電容隔斷直流干擾,和一個并聯(lián)瓷片電容濾掉高頻干擾.

　　　5、通過FFT的后期分析功能,可以更加準確的測量開關(guān)頻率上的噪聲大小.
　　　

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