刘文生 陈寿平

（1.东莞市输变电工程公司 523413；2.东莞市供电局变电管理一所 523122）

0 引言

在飞速发展的现代技术下，开关电源的优点有许多，例如重量轻、效率高、体积小等，在许多的行业以及家庭中都得到了广泛的使用，但是，这也给开关造成了严重的干扰。电源在给电子产品提供能量的同时也给其带来了纹波，在纹波电压的作用下，就会给电子电路产生一定的影响。因此，在电源的检测过程中，要进行精确测量纹波，下面我们就介绍几种测量方法以供参考。

1 纹波产生的机理

按照直流电源的调整元件工作状态，可以将其分为开关电源和线性电源。开关电源的线性电源的区别，主要在于它们的工作状态，开关在工作状态是开关电源，在线性区工作就是线性电源。由于目前对开关电源的使用更加广泛，因此，下面着重分析一下开关电源。

开关电源被广泛应用于电子电路中，其纹波产生的机理是：由于开关电源出现的纹波比较复杂，而且很难滤除幅值，它主要来源于四种纹波：①低频纹波，开关电源包括DC/DC和AC/DC两个部分。其中，直流电源的部分是通过整流桥进行整流，然后经过平滑电容滤波而得到的。但是，平滑电容的有限的，因此，这就会导致出现低频纹波；②高频纹波，在开关变换电路的过程中，就会产生高频纹波。当开关电源的开关管在截止和导通时，就会产生一个上升和下降的时间，与此同时，就会出现频率相同或奇数倍频的噪声；③调节环路引起的纹波，通常情况下，在使用开关电源的过程中，就会采用电流环和电压环的双环控制，然后进行保护，从而使控制的线路变得复杂，导致参数需要的匹配增加。但是，如果参数的配置不适合，就会产生振荡，从而使输出电压在短期不稳定。这将会导致功率开关管失控，使损耗加大。[2]④共模噪声，当散热器底板和变压器的边缘之间产生寄生电容，就会导致它们出现寄生电感。一旦电压对功率器件产生一定的作用，就会使开关电源的输出端产生共模纹波噪声。一般情况下，开关电源的纹波要大于线性电源纹波，而且频率迆比较高。[3]下图1为开关电源的简化电路图。

2 纹波测量的方法

电源纹波的测量有两种工具，分别了示波器和交流豪伏表。由于毫伏表只能够对交流电压产生作用，而且具有较高的灵敏度，能够检测到很小的交流电压，因此，要采用交流毫伏表。通过毫伏表，能够就爱那个纹波电压中的峰峰值、有效值和平均值读出，而且这些数值对毫伏表的频响有很大的关系。[4]在使用的过程中，由于在不同的范围内，会产生不同的测量结果，因此，要重视频响的范围。但是，交流毫伏表不能够在直观的情况下，观测到纹波电压的波形，因此，对于纹波电压的测量，一般都采用示波器。采用示波器测量时，连线的方式主要有以下几种：

直连法：通过探头接地环的方式，将负输出管脚与地线环连接，然后进行输出端测试。由于在电源内部的开关器件工作的过程中，在高频震荡波的作用下，会产生一定的辐射，尤其是测量开关电源纹波的过程中，如果缺乏对电源设计的屏蔽重视，这就是探头地线与回路接收，就会产生很大的干扰信号。[5]

靠连法：采用带有地线环的示波器探头，将探针与正输出管教直接接触，然后将地线环直接与负输出的管脚接触，通过这种方法，就能够通过示波器，将峰峰值为输出线上的纹波和噪声读出。

图1 开关电源简化电路图

双绞线法：当输出管教与双绞线后接电容后，就可以采用示波器测量电容的两端。

此外，我们还可以采用50Ω的同轴电缆代替示波器探头的方式进行测量，采用这种方法，能够在比较复杂的环境中使用，但是应对同轴线以及引入的网络接法引起重视，尽可能缩短引脚和引线，从而减少或避免形成于感应辐射类似的环型天线的环路。[6]

3 纹波测量需注意的事项

3.1 测量方法的选择

在工程上测量干扰信号时，对其精准并没有很高的要求，其主要的目的是为了找出问题，然后提出措施解决。因此，在测量的过程中，要根据具体的方法 进行测量，尽量采用方便使用的测量方法。[7]这就需要我们对各种不同的测量方法有足够的了解，并能够区分，然后针对不同的测量需要和不同的环境，从而选择使用的测量方法，进行准确的测量噪声和纹波。在纹波测量的过程中，采用同轴电缆测量，也有许多不同的方法，其主要的目的是为了消除测量线段和示波器段接入元件的干扰。因此，有些行业根据自身的特点，对电源的采用制定的专门的标准，并对测量方法进行具体的规定，这时就需要按照标准的规定，采用适当的方法来进行测量。

3.2 示波器的带宽

在采用连接测量的方法时，要根据带宽规定示波器测量的纹波带宽上限，从而避免超出纹波的带宽上限而出现高频噪声。[8]一般情况下，如果没有特殊的要求，在测试的过程中，一般要将带宽设定为20MHz，要将示波器的带宽设定在50MHz以上。对这种要求的设定，主要是由于以下几个原因：①由于目前采用的电源开关产品的开关频率主要在几十kHz与几MHz之间，因此，这就会使开关器件在工作的过程中产生干扰，从而导致存在低频段，这就会在很大程度上小于20MHz。但是，由于历史因素 ，如果没有特殊的要求，在测量纹波的过程中，要采用默认为20MHz带宽进行示波器测试。②为了能够准确的测量到20MHz带宽内的干扰信号，就应在测量的过程中降低测量产生的误差，因此，这就需要经示波器本身的工作带宽测量带宽提高到3倍以上。但是，根据市场上示波器的规格，在示波器的选择上，采用50MHz以上的带宽就能够满足。③采用泰克示波器，能够在示波器内将带宽开/关设置为20MHz，但是，如果要采用安捷伦示波器，就没有这种带宽选项，在其内部可以将带宽开/关设置为25MHz，这就需要重新购买20MHz专用探头。

在实际的应用中，我们还应注意，由于不同行业的要求不同，例如通信行业，矿产行业，就不能只考虑20MHz以下的干扰，应根据实际的情况，采用合适的测量带宽。

4 结语

如果没有制定专门的标准和统一的要求测量直流电源输出纹波，就可以采用本文中提到的测量方法进行测量。但是在测量之前，一定要对被测电源是否有特殊的要求一定要弄清楚，尽量采用行业内的相关标准。直流电源的生产商，应尽量与客户进行沟通，得到客户的认可，从而使得出的测量结果更加精准。对于直流电源输出的纹波测量，只有采用统一标准，才能够有利于改善电源电路，从而减小电源的纹波。

[1]王倩,武和雷.基于C8051F350的直流电压与纹波测量系统[J].化工自动化及仪表.2010，13(08)，125-126

[2]于进杰,冯根生,李威.纹波的抑制方法探讨及措施[J].广西轻工业.2008，7(09)，56-57

[3]同金,马煜峰.直流电源输出的纹波和噪声的测量[J].电子测试.2010，6(02)，146-148

[4]张国安,翟长生,祁承超,张显才.冲量控制技术消除开关电源低频纹波的研究[J].电力电子技术.2009，15(04)，213-215

[5]刘晨曦,赵莉华,白三中.一种融合开关电源和线性电源特性的DC/DC变换器[J].电源技术应用.2008，12(11)，163-165

[6]李凯,于进杰.纹波的产生机理与抑制方法的探讨[J].电子技术.2010，6(08)，157-159

[7]唐金元,王翠珍.0～24V可调直流稳压电源电路的设计方法[J].现代电子技术.2008，10(04)，89-91

[8]董玉林,王晓明,刘瑶,周青山.开关电源纹波和噪声的抑制[J].辽宁工业大学学报(自然科学版).2008，16(05)，102-103