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2020年03月02日 | 基于RIGOL示波器的电源纹波测试方法
2020-03-02 来源：eefocus
引言：
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，而对于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存在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。对于电源的测试，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非常重要的一项测试：纹波测试。进行简单的讨论和分析：
1.什么是纹波?
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。
2.纹波的危害：
1)、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害;
2)、降低了电源的效率;
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;
4)、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作;
5)、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作
3.如何正确利用示波器进行电源纹波的测试?
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;
图一：带宽限制打开，20MHz，探头比1X，耦合方式为AC交流耦合。
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 的原因就是接地线太长)。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，这样可以保证接地线长小于1cm;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。
图二、虚线面积越大引入外围噪声越大
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。
图三：RIGOL探头附件中的接地弹簧用法
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：如果使用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。
总结：因此在遇到电源纹波测量时我们应注意以下几点：
1、尽量使用示波器最灵敏的量程档;
2、尽量使用AC耦合功能;
3、尽量使用小衰减比的探头;
4、尽量使用探头的短地线;
5、尽量使用差分探头;
6、根据需要使用带宽限制功能;
注意了以上问题，电源纹波测试通常会有一个较为满意的结果
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