基于RIGOL示波器的电源纹波测试方法

  浏览量2024-03-09 作者: 安博体育官方网站下载

  随着电力电子设备的迅速发展及多样化,电源种类也变得复杂多样:例如适配器、UPS、PC电源、通信电源、医疗电源,航空电源等等,而对电源设计的要求及测试也变得格外严格和苛刻,原因是电源质量的好坏会直接影响到电力电子设备的正常工作,电压电流在转换过程中若有一定的问题会降低电源的效率,干扰电路的逻辑关系,甚至产生浪涌电压电流烧毁电力电子设备。对电源的测试,通常会有电源参数、内部元器件等相关的测试,本文基于RIGOL示波器就电源参数测试中很重要的一项测试:纹波测试。进行简单的讨论和分析:

  所谓的纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象,因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的,这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份,这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂,它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波,另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合,对纹波的要求各不一样。对于电容器来说,无论是那一种纹波,只要不是太大,一般对电容器质量不会构成影响。

  那么简单的理解就是叠加在直流稳定量上的交流分量。通常用有效值或峰值来表示,可以用绝对量,也可以用相对量来表示。例如一个电源工作在稳压状态,其输出为100V,5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV就是纹波的绝对量,而相对量即 纹波系数=纹波电压 /输出电压=10mv/100V=0.01%,即等于万分之一。

  1)、示波器带宽限制打开(一般示波器都有带宽限制功能,20MHz),目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量,尽量保证测量的准确性;

  2)、 设置耦合方式为交流耦合,方便测量。(不关心直流电平);如图一红色部分。

  3)、 保证探头接地尽量短(测量纹波动辄上百mV 的缘由是接地线太长)。对于RIGOL示波器而言较为合理的方法是拆除探头的接地线和探头帽,露出探头地壳,将RIGOL专用的接地弹簧套在探针地壳处,这样做才能够保证接地线cm;同时减小了长地线与探头所组成的接收外围辐射噪声的区域面积。如图二。

  我们知道噪声的产生原因有两种,一种是电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入电源或者通过电源线输入电源。比如探头,所以为保证测量结果的准确性,需用接地弹簧,如图三。

  4)同样在电源纹波测试中,我们要选择1:1探头,而不是示波器的标配10:1探头。例如:RIGOL的MSO/DS2000A系列,当不用衰减器时,示波器的最小量程是500uV/div,假设此时示波器此时的底噪是1mv。当把量程改成5mV/div时,示波器会在输入电路中增加一个10:1的衰减器。为了显示正确的电压信号,示波器最后显示时会把信号再放大10倍显示。因此此时示波器的底噪声看起来就有10mv了。因此,测量噪声时应尽可能使用示波器最灵敏的量程档。另一种比较好的办法是使用差分探头,通常差分探头相比单端探头会有更高的共模抑制比,对于抑制共模噪声会有比较好的效果。

  5)、在测试中我们同样会发现:若使用1倍衰减的探头测试,当示波器通道输入为1M欧时,通常其测量出的电源噪声大于50欧输入阻抗的。原因是:高频电源噪声从同轴电缆传输到示波器通道后,当示波器输入阻抗是50欧时,同轴电缆的特性阻抗50欧与通道的完全匹配,没有反射;而通道输入阻抗为1M欧时,相当于是高阻,根据传输线理论,电源噪声发生反射,这样,导致1M欧输入阻抗是测试的电源噪声高于50欧的。所以,测量小电源噪声推荐使用50欧的输入阻抗。

  一、什么叫纹波? 纹波(ripple)的定义是指在直流 电压 或 电流 中,叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了 电源 的效率; 1.3.较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器; 1.4.会干扰数字 电路 的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备异常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如: 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为1

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