如何测量直流输出电压中存在的纹波

  浏览量2024-03-05 作者: 半导体功率

  的性能可能会大幅度的降低。它的存在在频谱仪中是很明显的。对于所有应用而言,减小输出纹波和开关瞬变至关重要。让我们一起看看如何注意和如何测量直流输出电压中存在的任何波。

  出于多种原因,开关稳压器中输出纹波的测量是至关重要且精细的操作。测量此有害信号需要格外小心,因为很容易获得错误的读数。纹波是在开关稳压器的输出端出现的有害信号。这取决于调节器本身的质量和所用外部组件的特性。

  纹波是交流输出上交流电压的残留,其频率取决于电路的开关。它的基本频率与开关频率相同。识别它的一个重要参数是纹波系数,它等于输出中交流分量的RMS值与整流后输出的平均值之比(参见公式1)。它总是小于团结。

  通常很难准确地做测量。工程师可能很难使用示波器做准确的测量。误差源之和必须仅为几个mV。但是对其他更关键的应用程序(例如医疗应用程序),限制甚至更窄。

  示波器执行纹波测量(请参见图1)。在较高级别上,此选择不是最佳选择。通往示波器尖端的电缆形成一个环路。探针和接地导体会产生寄生电感,会对测量信号产生负面影响。当测得的频率更高时,问题变得更糟。对于此分析,对某些类型的测量(包括纹波测量),一定要使用非常短的电缆和非常高质量的探头。示波器也必须发挥其作用,并具有卓越的质量。它一定要有良好的灵敏度,出色的SNR,高分辨率和足够的带宽。质量不佳的探针是不值得的。当与高输入阻抗一起使用时,低电平示波器具有较高的背景噪声。如果纹波很小,则其可视化将非常不舒适且复杂。必须消除采集信号的直流分量,并放大小交流信号,以测量叠加在直流电源电压上的纹波。因此,交流输入端与与电缆串联的电容C的电容器去耦,从而创建了一个简单的,其特征是时间常数:

  从图中能够准确的看出,尽管大约17 V的输出信号是直流电,但它会受到不希望有的交流分量的影响。有时在通过电容器阻塞直流电之后放大交流电很有用。

  纹波电压是一个小的交流电压,位于直流偏移上方。即使操作不方便,不准确且具有挑战性,也能够正常的使用数字万用表做测量。为此,必须连接数字万用表的探头和调节器输出。红色连接到正极端子,黑色连接到负极端子。通过旋转测试仪旋钮选择“交流电压”模式。仪表将仅测量信号的交流分量,纹波电压(如果存在)。显示屏显示纹波电压幅度的测量值。如果显示的值为0.00 mV,则表示很可能不存在纹波。为了正确地表征纹波电压,必须测量其频率。注意测试仪测量的交流电压类型。这可能是一个有效的价值,平均值,峰峰值或其他值。此外,在大多数情况下,纹波波形不是正弦波,但始终需要检查万用表的测量类型。图2所示的简单接线图显示了格外的简单的ACDC电源。组件按比例分配以提供受纹波噪声影响的直流输出信号。

  如图3所示,一种检查纹波是不是真的存在的方法涉及辨别输出信号的音频频谱。完美的信号(非常干净且无起伏)应返回黑屏。另一方面,图中的一个是指由先前的接线图产生的电压,该电压也受到电源线上的起伏和干扰的影响。存在纹波信号和相关的谐波(50 Hz,100 Hz,150 Hz等)。在频谱图中,电力线中也常常会出现不同性质的峰。

  对于高纹波电平,能够使用不太常用的测量方法。其中之一是使用音频分析软件(例如,Audacity)将电源或转换器的输出连接到声卡的输入,并将来自转换器的信号数字化。通过对交流信号进行适当的放大,还可以识别出非常低的纹波。图4显示了以前的接线图和相关的频谱图所产生的褶皱,该褶皱突出显示了50 Hz处的波及其谐波。如果纹波频率较低,则可能会在扬声器中爆炸。

  为了进行正确的计算,必须忽略主要流经电容器C的的纹波(见图5)。电感器上的潮汐包含一个直接分量,该分量也穿过负载以及一个小的纹波。直流电仅流过负载电阻,而电容器会阻止该直流电。皱纹在电容器和负载电阻之间分裂。因此,电容必须充足大,以使其在开关频率下的阻抗大大低于负载的阻抗(至少低十倍)。电容器用作滤波器,因此大部分电感器纹波都通过电容器。带有电感器的电容器上的电流波形是相同的,没有负载。电感器和电容器是影响纹波的电抗性组件。电感值必须仔细分析。低ESR电容器可最大限度地减小纹波。但是随着容量的增加,转换器的成本和尺寸也会增加。有时使用频谱分析仪很有用,因为波动还能够最终靠其高次谐波表现出来。

  图6显示了一个简单的升压稳压器,它是由Analog的LTC1872制成的。其他一些外部电子组件也足以构建可用的转换器。

  图7中的曲线图显示了两个不同的纹波信号,具体取决于应用了44 uF还是100 uF的滤波电容器。

  纹波几乎总是出现在电源和转换器上,尤其是低端的电源和转换器。使用示波器做测量时,至关重要的是最小化探头环路面积,以避免信号失真。根据设备的官方文档,还一定要遵守电路的工作条件。测量仪器的阻抗也应大约为50欧姆,并且电缆和探头一定要遵循相同的阻抗,以提供平坦的响应和统一的增益。

  和噪声的来源与抑制方法 /

  50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用,可以使整流滤波后的

  来源和抑制 /

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