电源纹波测试的正确方法是什么 如何抑制电源纹波的方式

电源纹波测试的正确方法是一个涉及多个步骤和注意事项的精细过程。

一、测试前的准备

1. 选择合适的测试设备

• 示波器 ：示波器是测量电源纹波的主要工具，应确保其带宽和灵敏度符合测试要求。一般而言，示波器的带宽应高于被测纹波的频率范围，以确保能够准确捕捉纹波信号。
• 电压探头 ：选择与被测电源输出相匹配的电压探头，确保测量精度。

2. 测试环境设置

• 温度与湿度 ：在电源行业和电源用户对电源进行鉴定时，通常要求测试环境保持在室内（约20℃），湿度应小于80%，以减少环境因素对测试结果的影响。
• 电磁干扰与机械震动 ：测试环境应尽可能减少电磁干扰和机械震动，以确保测量结果的准确性。
• 仪器与被测电源 ：标准仪器与被测电源应在测试环境下放置24小时以上，以确保仪器和被测电源的稳定性和一致性。

二、测试步骤

1. 连接测试设备

• 将示波器的探头连接到待测试的电源输出端（通常是电源的正极和负极），确保连接牢固并正确接地，以避免干扰和安全风险。

2. 设置示波器

• 时间基准 ：根据测试要求和预期的纹波频率范围，设置示波器的时间基准。选择合适的时间尺度（如毫秒/微秒）以清晰显示纹波波形。
• 垂直灵敏度 ：设置示波器的垂直灵敏度，确保能够准确显示纹波的电压幅度。
• 触发设置 ：选择适当的触发模式和触发电平。触发模式可以选择边沿触发或脉冲触发，触发电平可以设置为电源纹波期望值的一半或根据实际需要调整。

3. 测量纹波

• 打开示波器并观察屏幕上的波形。确保波形稳定且可以清晰地观察到电源纹波的特征。纹波通常表现为周期性的起伏或波动。
• 使用示波器的测量功能（如峰值检测、平均值检测等）来测量纹波的峰峰值、最大值、最小值或平均值等参数。这些参数可以根据测试需求进行选择和记录。

三、测量结果分析

• 将测量结果与规范或标准进行比较。不同行业和应用可能有不同的纹波限制要求。根据测试结果判断电源纹波是否在允许范围内。
• 如果测量结果超出规范或标准限制，则需要分析原因并采取相应措施进行改进。可能的原因包括电源设计缺陷、滤波电路不足、负载变化等。

四、注意事项

1. 加载测试

• 对于纯电源而言，测量电源纹波时通常要求在加载时测量。所加负载应使输出电流大于额定输出电流的80%以上以模拟实际工作条件。

2. 测量标准选择

• 对于低噪声的纯阻性负载或电子负载还需要选择对应的测量标准。不同的标准可能会产生不同的测量结果因此需要根据实际情况进行选择。

3. 纹波表示方法

• 纹波电压可以用绝对量表示也可以用相对量表示。一般用纹波电压与直流输出电压的比例来评价直流电源的滤波性能即纹波系数。纹波系数作为评价直流电源的一个重要指标其计算方法为纹波电压的有效值与直流输出电压的百分比。

4. 抑制纹波的方法

• 在测试过程中如果发现纹波过大可能需要采取抑制措施。常用的抑制方法包括加大滤波电路中电容容量、采用LC滤波电路、采用多级滤波电路、以线性电源代替开关电源以及合理布线等。这些方法可以根据纹波的类型和来源进行有针对性的选择和应用。

如何抑制电源纹波的方式

抑制电源纹波是电源设计中至关重要的一环，它直接关系到电源的稳定性和输出质量。以下将详细介绍几种常见的抑制电源纹波的方式，这些方法涵盖了电路设计、元件选择、布局布线等多个方面。

一、电路设计优化

1. 滤波电路设计

• 加大输出电感和输出电容 ：这是最简单且常用的滤波手段。通过增加输出电容值，可以延缓导通时间，增大电源的调节时间，从而达到减小纹波的目的。通常，对于输出电容，会选择铝电解电容以达到大容量的目的，但铝电解电容在抑制高频噪声方面效果有限，且ESR（等效串联电阻）较大。因此，常在其旁边并联一个陶瓷电容，以弥补其不足。
• LC滤波线路 ：在输出端增加一级LC滤波线路，可以显著抑制噪纹波。LC滤波器对噪纹波的抑制作用明显，通过选择合适的电感电容构成滤波电路，可以有效减小纹波。采样点通常选在LC滤波器之前。
• 多级滤波电路 ：对于要求更高的场合，可以采用多级滤波电路，通过多级滤波来进一步降低纹波。

2. LDO滤波

• 在开关电源输出之后接LDO（低压差线性稳压器）滤波，是减少纹波和噪声最有效的办法之一。LDO滤波输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但成本较高且功耗较大。这种方法通常用于需要高精度输出的高端开关电源上，如服务器信号、医疗设备等高精度仪器。

二、元件选择与优化

1. 电容选择

• 输出电容 ：如前所述，输出电容的选择对纹波抑制至关重要。除了铝电解电容和陶瓷电容的组合外，还可以根据具体需求选择其他类型的电容，如钽电容等。
• 输入电容 ：在靠近电流输入端并联电容，可以提供更稳定的电流，有助于减小输入端的纹波。

2. 电感选择

• 电感的选择也影响纹波的抑制效果。电感内电流波动大小和电感值成反比，因此增大电感值可以减小电流的突变峰值，从而降低纹波的波动幅度。但需要注意的是，电感值不能无限制地增加，否则会增加成本和体积。

三、布局布线优化

• 合理布局 ：在PCB设计中，合理布局是降低电源纹波的重要手段之一。应尽量将高频元件和低频元件分开布局，减少相互干扰。同时，滤波元件应尽量靠近电源输出端，以缩短滤波路径。
• 布线优化 ：布线时，应避免长距离平行布线以减少电磁耦合和串扰。对于高频信号线，应采用微带线或带状线等结构进行布线，以减小信号衰减和辐射。

四、其他抑制方法

1. 减小寄生参数

• 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，可以有效抑制共模纹波噪声。

2. 控制环路优化

• 选择合适的控制环路参数，可以抑制调节器自激响应，减少附加纹波的产生。同时，增强环路的稳定性也有助于降低纹波。

3. 降低开关毛刺幅度

• 开关毛刺是产生高频纹波的重要因素之一。通过优化开关器件的驱动电路和保护电路，可以降低开关毛刺幅度，从而减少高频纹波的产生。

五、综合应用与考虑

在实际应用中，抑制电源纹波往往需要综合考虑多种方法。例如，在设计高精度电源时，可以结合使用LC滤波、LDO滤波和合理布局布线等多种手段来降低纹波。同时，还需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的元件和参数以达到最佳的抑制效果。

此外，随着技术的发展和应用的深入，新的抑制电源纹波的方法也在不断涌现。例如，采用数字控制技术可以实现对电源输出的精确控制和调节；采用新型滤波元件如磁珠、EMI滤波器等也可以提高滤波效果。因此，在设计和应用过程中需要不断关注新技术和新方法的发展动态以便及时采用更先进的抑制手段来提高电源的稳定性和可靠性。

电源纹波测试是确保电源质量稳定可靠的重要环节。通过选择合适的测试设备、设置合适的测试环境、遵循正确的测试步骤并注意相关事项可以准确测量电源纹波并评估其性能。同时根据测试结果采取相应的抑制措施可以进一步提高电源的滤波性能和稳定性。