伍平英，王建立

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，江苏南京211102)

直流稳流电源输出纹波和噪声的测试方法

伍平英，王建立

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，江苏南京211102)

如何准确测量出直流稳流电源输出纹波和噪声是电源检定/校准工作中需要解决的问题。通过具体事例分析了用不同的测量设备测量同一台电源的纹波电压其结果不同的原因，提出了在测量稳流电源的纹波电压的过程中如何选择负载类型，为实际电源纹波测量工作提供了一些参考。

稳流电源;纹波电压;电压测量;负载

0 引言

实验室用直流稳定电源(输出电压小于100 V，输出电流小于30 A，功率小于1 kW)都需要周期检定或校准，其中输出纹波和噪声(以下简称纹波)是直流稳定电源的一项重要指标，纹波是指在直流电压或电流中叠加在直流稳定量上的交流分量［1］。直流稳定电源中的纹波包括直流稳定电源工作在稳压状态和稳流状态下的纹波，本文只讨论稳流状态下的纹波测量。该项指标如果过大会影响甚至损坏被它控制的设备。而随着电源技术的快速发展，稳定电源在稳流状态下纹波(20 Hz～20 MHz)有效值最小能控制在2 mA。但在对该项参数的实际测试中，由于环境干扰、测试方法、测试设备等原因使得我们的测试数据偏大或偏小，无法准确考核被测直流稳流电源的该项参数是否符合要求。本文主要讨论如何准确测量实验室用直流稳流电源(以下简称直流稳流电源)的纹波。

1 稳流电源纹波电流的来源及表示方法

直流稳流电源根据工作原理可分为线性电源和开关电源。其纹波电流的主要来源［2］为:

1)输入低频纹波，其频率与电源的整流方式有关，一般为供电电源的一倍或几倍，这是线性电源纹波电流的主要来源;

2)由高频功率开关变换电路产生的开关高频纹波;

3)功率器件开关过程中寄生电容和电感谐振而形成产生超高频谐振噪声，频率一般为1～10 MHz;

4)由功率器件与散热器间、变压器原副边之间寄生电容以及导线上、变压器与机壳之间存在着寄生电感或寄生电容，因此当有一定的电压作用在功率器件上时，就会产生共模纹波噪声;

5)闭环调节控制设计不当会引起调节器的振荡或自激产生附加纹波，此类纹波没有固定的频率。

纹波可以用有效值或峰峰值表示，其表示形式可以是绝对量(单位mA)，也可以是相对量(也称为纹波系数)［3］。

2 电压信号测量法

稳流电源的纹波是电流信号，一般在10 mA以下，测量带宽最低要求为1 MHz。普通的交流毫安表不能满足要求，因为它的测量带宽为50 Hz～10 kHz;而交流电压信号的测量带宽最高可到20 MHz，因此需要将其转换成电压信号进行测试，称为电压信号测量法。

2.1 测量原理及方法

电压信号测量法的原理框图见图1，将被测电源的输出电流通过直流电流电压转换器变换为电压，然后用示波器或交流毫伏表测量电流电压转换器两端的电压值，按式(1)或(2)计算被测电源的纹波电流值。

或

式中:Ip－p为被测电源的纹波电流峰－峰值，A;Up－p为用示波器测得的直流电流电压转换器的交流电压峰－峰值，V;R为直流电流电压转换器对应的电阻值，Ω;Irms为被测电源的纹波电流有效值，A;Urms为用交流毫伏表测得直流电流电压转换器的交流电压有效值，V。

图1 电压信号测量法原理框图

2.2 测量设备的选取原则及使用

根据电源的纹波来源可知，线性电源的纹波电流主要来源是输入低频纹波，频率不高，可选用带宽为1 MHz交流毫伏表测量;开关电源的纹波频率带有高频成份，其频率可高达10 MHz，可选用带宽限制为20 MHz的示波器［4］。表1给出了分别用交流毫伏表和示波器对线性电源和开关电源的纹波进行测试的结果，从表1中可以看出，示波器的带宽大于1 MHz，如果用示波器测量线性电源的纹波容易引入外界高频干扰，使测量的数据偏大;而对于开关电源，因为它的纹波有高频成份，但所使用的交流毫伏表的带宽小于1 MHz，高频信号无法测得，所以测得的数值偏小，无法准确反映出被测电源的纹波电流。

表1 不同设备测得两种电源的纹波电流值 mA

2.2.1 交流毫伏表的选取

交流毫伏表分为数字式和指针式，指针式的响应速度快，一般建议采用指针式，其分辨力至少要达到10μV;如果采用数字式的，则采样速率一定要快，带宽要符合要求，否则测量结果偏小，不能准确反映被测量的值。

2.2.2 示波器的正确使用

示波器在测量纹波时需要注意以下几点:

1)电压探头使用1∶1探头;

2)带宽限制选择20 MHz［5］;

3)去除示波器探头上的夹子与地线，使用接地环，或用铜线绕在示波器的接地端，尽量减少示波器地线与探针的距离;

4)直接与被测电源的测试端连接;如果示波器的探头不是直接接触被测端，应用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量［2］。

3 负载的选取

做纹波电流测试时，负载的选择相当重要。直流稳流源实际使用中的负载有纯电阻性、感性和容性三种情况，负载不同所测得的纹波电流也有差异。而稳流源的说明书上给出的纹波电流指标一般是指在纯电阻负载下测得的。实验室有电子负载和纯电阻性负载可选，如果用电子负载，需注意电子负载自身的噪声应小于被测电源的5～10倍［1］，否则测得的数据偏大，容易造成误判。但有的电子负载并没有给出自身的噪声，因此根据工作经验，建议测量线性电源的纹波时，用纯电阻性负载;测量开关电源的纹波时，可以用电子负载，但在测得的数据超差时应换成纯电阻负载再试一次，根据结果再做判断。表2给出了线性电源和开关电源在纯电阻负载和电子负载下测得的纹波电流值，可以看出在电子负载下测得的值明显偏大。

表2 不同类型的负载对测量结果的影响 mA

4 结论

在测量稳流电源纹波电流的过程中，测量设备的选取和设置很重要，而外界干扰对测量结果的影响也是不可忽视的。所以选择合适的测量设备，采用正确的测量方法，并在实际工作中积累经验是我们能够获得较为准确的测量结果的前提。

［1］徐焕蓉.直流稳压电源的纹波测量问题［J］.计测技术，2008，28(5):67－69.

［2］李树民，褚丽歆.直流稳定电源纹波的测量方法与研究［J］.电源技术应用，2011(10):30－36.

［3］中国航天工业总公司.JJG(航天)6－1999直流稳压电源检定规程［S］，北京:中国计量出版社，1999.

［4］同金，马煜峰.直流电源输出的纹波和噪声测量［J］.电子测试，2010(2):88－91.

［5］曾秀云，熊邦宏.关于测量直流电源纹波的探讨［J］.中国科技纵横，2011(13): 415－416.

M easurement M ethods of Current Ripp les and Noises of DC Power Supp lies

WU Pingying，WANG Jianli
(Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems，AVIC，Nanjing 211102，China)

It is important tomeasure accurately the output ripples and noises of DC constant－current power supplies in the verification and calibration of power supplies.This paper presents specific cases and analyzes the reasons for differentmeasurement resultsmade by differentmeasurement devices on the ripple voltage ofa same power supply.It proposes amethod for selecting different loads duringmeasuring the ripple voltage of constant－current power supplies and provides references to our practicalmeasurements on ripples.

constant－current power supple;ripple;voltagemeasurement;load

TB971

A

1674－5795(2015)01－0049－03

10.11823/j.issn.1674－5795.2015.01.12

2014－07－25;

2014－10－21

伍平英(1970－)，女，高级工程师，从事电磁计量工作，研究方向为电源和大电流输出设备的校准与测试。