电源纹波测试总结.docx

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电源纹波测试总结

请问什么叫纹波？

怎样测量纹波？

纹波的定义：

由于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。

对于电容器老练来说，无论是那一种纹波，只要不是太大，一般对电容器老练质量不会构成影响。

而对程控机电源或音响设备中所使用的电源，由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音。

因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。

    而对于音频范围内的类似正弦波的纹波信号，虽然其幅度不是太高，但其能量却使喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音。

因此对这种形态的纹波应有一定的要求，而对于用于一些控制的场合，由于窄脉冲达到一定的高度会干扰数字或逻辑控制部件，使设备运行的可靠性降低，因此对这种窄脉冲的幅度应有一定的限制，而对类似正弦波的纹波，一般由于其幅度较低，对控制部件的干扰不大。

    纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示，可以用绝对量，也可以用相对对量来表示。

例如一个电源工作在稳压状态，其输出为100V5A，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/输出压=10mv/100V=0.01%，即等于万分之一。

事实上，纹波就是一个直流电压中的交流成分。

直流电压本来应该是一个固定的值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即便如此，就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。

事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有波纹的。

要体验，可以用示波器来看，就会看到电压上下轻微波动，就像水纹一样，所以叫做纹波。

一般使用交流毫伏表来测量纹波电压，因为交流毫伏表只对交流电压响应，并且灵敏度比较高，可测量很小的交流电压，而纹波往往是比较小的交流电压。

如果没有交流毫伏表，也可使用示波器来测量。

将示波器的输入设置为交流耦合，调整Y轴增益，使波形大小合适，读出电压值，可估算出纹波电压的大小。

纹波电压会影响系统的工作，带来噪声。

所以电源要有足够的滤波措施，以将纹波限制在一定的幅度以内。

纹波（ripple）与谐波的比较：

    简单地说，就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。

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。

它们虽然在概念上不是一回事，但它们之间有联系。

如电源上附加的纹波在用电器上很容易产生各频率的谐波；电源中各频率谐波的存在无疑导致电源中纹波成分的增加。

除了在电路中我们所需要产生谐波的情况以外，它主要有以下主要危害：

1、使电网中发生谐振而造成过电流或过电压而引发事故； 

2、增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率； 

3、使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命； 

4、使继电保护、自动装置、计算机系统及许多用电设备运转不正常或不能正常动作或操作； 

5、使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量； 

6、干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。

纹波的害处：

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。

总之，它们在我们不需要的地方出现都是有害的，需要我们避免的。

对于如何抑制和去除谐波和纹波的方式方法有很多，但想完全消除，似乎是很难办到的，我们只有将其控制在一个允许的范围之内，不对环境和设备产生影响就算达到了我们的目的。

纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。

尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。

所以，电源纹波的测试就显得极为重要。

      电源纹波的测量方法大致分为两种：

一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。

一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。

而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。

1）、电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。

对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。

2）、对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。

整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。

电源纹波噪声测试方法

 　　我们今天的电子电路（比如手机、服务器等领域）的切换速度、信号摆率比以前更高，同时芯片的封装和信号摆幅却越来越小，对噪声更加敏感。

因此，今天的电路设计者们比以前会更关心电源噪声的影响。

实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具，但是如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果，笔者在和用户交流过程中发现很多用户的测试方法不尽正确，所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结，供大家参考。

　　由于电源噪声带宽很宽，所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。

但是不能忽略的是，实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。

如果要测量的噪声与示波器和探头的噪声在相同数量级，那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。

主题:

  电源纹波正确的测量方法

DC-DC模块的电源纹波指标是一项很重要的参数。

干净的电源是数字电路稳定工作的前提，也是模拟器件的各项参数的重要保障。

为了确定我们的电源干净，必须对DC-DC模块的输出纹波进行测量。

但很多人测量得到的纹波值动辄上百mV，甚至几百mV，远远比器件手册提供的最大纹波值大，这主要是测量方法的不正确造成的。

1正确的测量方法

1、限制示波器带宽（一般示波器都有带宽限制功能，Tek的中低端示波器为20MHz，

Agilent的为30MHz或25MHz），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）；

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）。

目前比较流行的方法是拆除探头的接地线和外壳，露出探头地壳，自制接地线缠绕在探头地壳上，可以保证接地线长度小于1cm；

4、示波器地悬空，只通过探头地与单板共地，不要通过其他方式与单板／仪器／PC等共地（这样会给纹波测量引入很大的地噪声）。

如：

通过示波器三线插头的地插针在插线板上与其他仪器共地，或者通过接地线连接示波器地与其他仪器的地。

其中第3条是关键中的关键。

接地线过长，其电感效应将给测量系统引入额外的噪声，

下图为证：

上图探头接地线的电感效应

2对仪器的要求和示波器参数要求：

支持带宽限制功能，Tek20MHz；Agilent25或30MHz。

探头参数要求：

带宽100M即可。

考虑到尽量少引入EMC噪声以及测试方便。

为了使接地线尽量短，尽量使用探头的原装测试短针，若无原装测试短针，则须自制短接地线：

去除探头接地线套，用金属丝自行绕制接地短线，推荐五类线中铜丝，强度适中（还是有些偏软，有更好的请推荐）。

其他候选有焊锡丝、刻刀。

3真正的纹波应该是什么样子？

以下各图可以让大家对纹波的相貌大概有个感性认识。

被测DC-DC模块最大功耗

100W，实际工作60W，输出5.5V与3.3V两路。

共3个型号。

LQD25A48-5V0-3V33.3V输出纹波

LQD25A48-5V0-3V35.5V输出纹波

Q48DR3R350NRA3.3V输出纹波

Q48DR3R350NRA5.5V输出纹波

DQ65033QGL103.3V输出纹波

DQ65033QGL105.5V输出纹波

纹波和噪声的关系及区别

纹波就是一个直流电压中的交流成分.直流电压本来应该是一个固定的值,但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹.事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的. 

纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小.杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要使以辐射的形式存在.杂噪是一种常用的通俗说法.其共性就是具有随机性的.但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而杂波则不是. 

输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系. 

通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值（下文有ESR的讲解）.所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小. 

纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰（peaktopeak）值表示,一般在输出电压的0.5%以下;噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰（peaktopeak）值表示,一般在输出电压的1%左右.纹波噪声是二者的合成,用峰-峰（peaktopeak）值表示,一般在输出电压的2%以下.

电容的ESR是什么意思

[导读] 　　ESR，是EquivalentSeriesResistance三个单词的缩写，翻译过来就是“等效串连电阻”。

　　理论上，一个完美的电容，自身不会产生任何能量损失，但是实际

关键词：

ESR电容

　　ESR，是EquivalentSeriesResistance三个单词的缩写，翻译过来就是“等效串连电阻”。

　　理论上，一个完美的电容，自身不会产生任何能量损失，但是实际上，因为制造电容的材料有电阻，电容的绝缘介质有损耗，各种原因导致电容变得不“完美”。

这个损耗在外部，表现为就像一个电阻跟电容串连在一起，所以就起了个名字叫做“等效串连电阻”。

　　ESR的出现导致电容的行为背离了原始的定义。

　　比如，我们认为电容上面电压不能突变，当突然对电容施加一个电流，电容因为自身充电，电压会从0开始上升。

但是有了ESR，电阻自身会产生一个压降，这就导致了电容器两端的电压会产生突变。

无疑的，这会降低电容的滤波效果，所以很多高质量的电源啦一类的，都使用低ESR的电容器。

　　同样的，在振荡电路等场合，ESR也会引起电路在功能上发生变化，引起电路失效甚至损坏等严重后果。

　　所以在多数场合，低ESR的电容，往往比高ESR的有更好的表现。

　　不过事情也有例外，有些时候，这个ESR也被用来做一些有用的事情。

　　比如在稳压电路中，有一定ESR的电容，在负载发生瞬变的时候，会立即产生波动而引发反馈电路动作，这个快速的响应，以牺牲一定的瞬态性能为代价，获取了后续的快速调整能力，尤其是功率管的响应速度比较慢，并且电容器的体积/容量受到严格限制的时候。

这种情况见于一些使用mos管做调整管的三端稳压或者相似的电路中。

这时候，太低的ESR反而会降低整体性能。

　　ESR是等效“串连”电阻，意味着，将两个电容串连，会增大这个数值，而并联则会减少之。

　　实际上，需要更低ESR的场合更多，而低ESR的大容量电容价格相对昂贵，所以很多开关电源采取的并联的策略，用多个ESR相对高的铝电解并联，形成一个低ESR的大容量电容。

牺牲一定的PCB空间，换来器件成本的减少，很多时候都是划算的。

　　和ESR类似的另外一个概念是ESL，也就是等效串联电感。

早期的卷制电感经常有很高的ESL，而且容量越大的电容，ESL一般也越大。

ESL经常会成为ESR的一部分，并且ESL也会引发一些电路故障，比如串连谐振等。

但是相对容量来说，ESL的比例太小，出现问题的几率很小，再加上电容制作工艺的进步，现在已经逐渐忽略ESL，而把ESR作为除容量之外的主要参考因素了。

　　顺便，电容也存在一个和电感类似的品质系数Q，这个系数反比于ESR，并且和频率相关，也比较少使用。

　　由ESR引发的电路故障通常很难检测，而且ESR的影响也很容易在设计过程中被忽视。

简单的做法是，在仿真的时候，如果无法选择电容的具体参数，可以尝试在电容上人为串连一个小电阻来模拟ESR的影响，通常的，钽电容的ESR通常都在100毫欧以下，而铝电解电容则高于这个数值，有些种类电容的ESR甚至会高达数欧姆。