电源纹波及纹波系数---上海千实

上海千实精密机电科技有限公司成立于2012年，专注于研发、设计及生产纺织测试仪器，为学术研究单位及检测机构提供纺织测试仪器和服务，上海千实是目前国内较有竞争力和研发实力的纺织检测仪器厂家之一，研发团队由一群经验丰富的工程师组成，我们本着全心全意为客户服务，努力推动纺织检测仪器技术革新而努力。

电源的主要作用是为电子产品提供电能，但供电的同时不可避免地会引入纹波、噪声等，使电子系统甚至整个产品的稳定性和可靠度降低。

电压纹波能极大地影响到电源的各个电路，如A/D变换电路、运算放大电路、整流滤波电路等。通常的应用中有以下危害：

产生不期望出现的谐波而造成过压或过流引发事故;增加附加损耗，降低用电设备的效率和利用率;

使设备运行不正常、加速老化、缩短寿命;使继电保护、自动装置、计算机系统等设备运转不正常或不能正常动作;

使测量和计量仪器仪表出现偏差;干扰通信系统，降低信号传输质量，甚至损坏通信设备。

因此，在设计电子产品时，需要准确地测量纹波，并将纹波抑制在一定范围内。

1 电源纹波及纹波系数

严格来讲，稳压电源包括电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分。由于DC-DC也可看作是一种稳压电源，所以把整流电路、滤波电路和稳压电路看成是稳压电源的必要三部分[1]。

整流电路是利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电，脉动直流电不平滑，含有大量交流电成分。

滤波电路是利用储能元件把脉动直流电转换成比较平坦的直流电，由于滤波电路性能各异，虽可以滤去大部分的交流电成分，但不能完全滤除。

整流滤波后的稳压电路是利用电路的调整作用使输出电压稳定，使交流电成分降低到小。这种伴随稳定电压输出的不能完全滤除的交流电成分叫纹波电压。

为了表征直流稳压电源滤波的性能，引入纹波系数的概念[2-3]。定义纹波系数ψ为纹波电压有效值Vr与直流输出电压Vo的百分比值，即：

纹波系数是评价直流电源稳定纯净输出的重要指标。根据上式可知，求纹波系数需测量纹波电压。

2 电源纹波的测量

准确测量电源纹波一般需要两种仪器，即电子负载(Electronic Load)和数字存储示波器(Digital Storage Oscilloscope,DSO)。

电子负载方便调整电流，一般设定在恒阻模式(CR);数字存储示波器能直接捕获整个纹波波形，存储放大并读出纹波数值。将示波器读值代入公式，可得到纹波系数。

测量时，必须要注意以下两点(这两点对测量结果的准确性尤为重要)：

(1) 数字存储示波器的探头地线必须拔掉，改用探头组件中的接地弹簧针。可以防止出现地环路耦合进EMI噪声，使测量结果不准确。

探头地线过长且环路面积过大，形成了接收天线、高频杂波或EMI噪声会耦合进所测信号。

(2) 数字存储示波器本身需要调整设置。

数字存储示波器需有良好的接地，进一步滤去从电源端附加进来的杂波;使用数字存储示波器的交流耦合，阻挡直流，使纹波测试更为直观准确;

一般的纹波测试都要求频率限制在20MHz以下，因此数字存储示波器应打开20MHz带宽限制，隔离高频噪声。

3 抑制电源纹波的方法

抑制稳压电源输出电压的纹波，一般采取的方法有以下四种：RLC滤波法、共模滤波法、铁氧体磁环滤波法以及三种方法的组合。

通过实验验证说明抑制DC-DC电源纹波的滤波电路。验证实验中选取100W DC-DC电源，48V输入，5V输出，型号为Meanwell的SD-100C-5。

数字存储示波器选择GWINSTEK的GDS-1072B，带宽为70MHz，采样率为1GSa/s，每通道存储深度为10M。

电子负载选择GWINSTEK的PEL-3021，电压范围为1.5V~150V，电流范围为0~35A，功率为175W。

据此计算可知，电路中电流为20A。图3为电源纹波测试的连接框图。

为了使抑制电源纹波的效果更直观明显，先将SD-100C-5的滤波电路短接，测量其输出电压的纹波。从中可以得到，电源纹波大致为85.6mVpp，有效值为48.2mVrms。