如何進行有效的示波器電源紋波分析及測試?
發布時間:2015-01-08 責任編輯:xueqi
【導讀】紋(wen)波(bo)是(shi)疊(die)加(jia)在(zai)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao),是(shi)電(dian)源(yuan)測(ce)試(shi)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)標(biao)準(zhun)。尤(you)其(qi)是(shi)作(zuo)特(te)殊(shu)用(yong)途(tu)的(de)電(dian)源(yuan),如(ru)激(ji)光(guang)器(qi)電(dian)源(yuan),紋(wen)波(bo)則(ze)是(shi)其(qi)致(zhi)命(ming)要(yao)害(hai)之(zhi)一(yi)。所(suo)以(yi),電(dian)源(yuan)紋(wen)波(bo)的(de)測(ce)試(shi)就(jiu)顯(xian)得(de)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao)。本(ben)文(wen)為(wei)大(da)家(jia)介(jie)紹(shao)示波器電源紋波分析及測試。
一、什麼叫紋波?
紋波(ripple)的定義是指在直流電壓或電流中,疊加在直流穩定量上的交流分量。
它主要有以下害處:容易在用電器上產生諧波,而諧波會產生更多的危害;降低了電源的效率;較強的紋波會造成浪湧電壓或電流的產生,導致燒毀用電器;會幹擾數字電路的邏輯關係,影響其正常工作;會帶來噪音幹擾,使圖像設備、音響設備不能正常工作。
圖:示波器電源紋波分析及測試
二、紋波、紋波係數的表示方法
可以用有效值或峰值來表示,或者用絕對量、相對量來表示;
單位通常為:mV
例如:一個電源工作在穩壓狀態,其輸出為12V5A,測得紋波的有效值為10mV,這10mV就是紋波的絕對量,而相對量,即紋波係數=紋波電壓/輸出電壓=10mv/12V=0.12%。
三、紋波的測試方法
以20M示波器帶寬為限製標準,電壓設為PK-PK(也有測有效值的),去除示波器控頭上的夾子與地線(因為這個本身的夾子與地線會形成環路,像一個天線接收雜訊,引入一些不必要的雜訊),使用接地環(不使用接地環也可以,不過要考慮其產生的誤差),在探頭上並聯一個10UF電解電容與一個0.1UF瓷片電容,用示波器的探針直接進行測試;如果示波器探頭不是直接接觸輸出點,應該用雙絞線,或者50Ω同軸電纜方式測量。
四、開關電源紋波的主要分類
開關電源輸出紋波主要來源於五個方麵:輸入低頻紋波;高頻紋波;寄生參數引起的共模紋波噪聲;功率器件開關過程中產生的超高頻諧振噪聲;閉環調節控製引起的紋波噪聲。
五、電源紋波測試
wenboshidiejiazaizhiliuxinhaoshangdejiaoliuganraoxinhao,shidianyuanceshizhongdeyigehenzhongyaodebiaozhun。youqishizuoteshuyongtudedianyuan,rujiguangqidianyuan,wenbozeshiqizhimingyaohaizhiyi。suoyi,dianyuanwenbodeceshijiuxiandejiweizhongyao。
電源紋波的測量方法大致分為兩種:一種是電壓信號測量法;另一鍾是電流信號測量法。
一般對於恒壓源或紋波性能要求不大的恒流源,都可以用電壓信號測量法。而對於紋波性能要求高的恒流源則最好用電流信號測量法。
電dian壓ya信xin號hao測ce量liang紋wen波bo是shi指zhi,用yong示shi波bo器qi測ce量liang疊die加jia在zai直zhi流liu電dian壓ya信xin號hao上shang的de交jiao流liu紋wen波bo電dian壓ya信xin號hao。對dui於yu恒heng壓ya源yuan,測ce試shi可ke以yi直zhi接jie用yong電dian壓ya探tan頭tou測ce量liang輸shu出chu到dao負fu載zai上shang的de電dian壓ya信xin號hao。對dui於yu恒heng流liu源yuan的de測ce試shi,則ze一yi般ban是shi通tong過guo使shi用yong電dian壓ya探tan頭tou,測ce量liang采cai樣yang電dian阻zu兩liang端duan的de電dian壓ya波bo形xing。整zheng個ge測ce試shi過guo程cheng中zhong,示shi波bo器qi的de設she置zhi是shi能neng否fou采cai樣yang到dao真zhen實shi信xin號hao的de關guan鍵jian。
所用的儀器是:配有電壓測量探頭的TDS1012B示波器。
測量之前需要進行如下設置。
1.通道設置:
耦合:即(ji)通(tong)道(dao)耦(ou)合(he)方(fang)式(shi)的(de)選(xuan)擇(ze)。紋(wen)波(bo)是(shi)疊(die)加(jia)在(zai)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao),所(suo)以(yi),我(wo)們(men)要(yao)測(ce)試(shi)紋(wen)波(bo)信(xin)號(hao)就(jiu)可(ke)以(yi)去(qu)掉(diao)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao),直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)所(suo)疊(die)加(jia)的(de)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)就(jiu)好(hao)。
寬帶限製:關
探頭:首shou先xian選xuan用yong電dian壓ya探tan頭tou的de方fang式shi。然ran後hou選xuan擇ze探tan頭tou的de衰shuai減jian比bi例li。必bi須xu與yu實shi際ji所suo用yong探tan頭tou的de衰shuai減jian比bi例li保bao持chi一yi致zhi,這zhe樣yang從cong示shi波bo器qi所suo讀du取qu數shu才cai是shi真zhen實shi的de數shu據ju。比bi如ru,所suo用yong電dian壓ya探tan頭tou放fang在zai×10檔,則此時,這裏的探頭的選項也必須設置為×10檔。
2.觸發設置:
類型:邊沿
信源:實際所選擇的通道,如,準備用CH1通道進行測試,則此處就應該選擇為CH1。
斜率:上升。
觸發方式:如果是在實時地觀察紋波信號,則選擇‘自動’觸chu發fa。示shi波bo器qi會hui自zi動dong跟gen隨sui實shi際ji所suo測ce信xin號hao的de變bian化hua,並bing顯xian示shi。這zhe個ge時shi候hou,你ni也ye可ke通tong過guo設she置zhi測ce量liang按an鈕niu,實shi時shi地di顯xian示shi你ni所suo需xu要yao的de測ce量liang的de數shu值zhi。但dan是shi,如ru果guo你ni想xiang要yao捕bu捉zhuo某mou次ci測ce量liang時shi的de信xin號hao波bo形xing,則ze需xu要yao將jiang觸chu發fa方fang式shi設she置zhi為wei‘正常’觸發。此時,還需要設置觸發電平的大小。一般當你知道你所測量的信號峰值時,將觸發電平設置為所測信號峰值的1/3處。如果不知道,則觸發電平可以設置的稍微小一些。
耦合:直流或交流…,一般用交流耦合。
3.采樣長度(秒/格):
采樣長度的設置決定能否采樣到所需要的數據。當所設置的采樣長度過大時,就會漏掉實際信號中的高頻成分;dangsuoshezhidecaiyangchangduguoxiaoshi,jiuzhinengkandaosuoceshijixinhaodejubu,tongyangwufadedaozhenshideshijixinhao。suoyi,zaishijiceliangshi,xulaihuixuanzhuananniu,zaixiguancha,zhidaosuoxianshiboxingshizhenshidewanzhengdeboxing。
4.采樣方式:
可根據實際需要設定。如,要求測量紋波的P-P值,則最好選擇峰值測量法。采樣次數也可根據實際需要設定,這與采樣頻率及采樣長度有關。
5.測量:
通過選擇對應通道的峰值測量,示波器就可以幫你把所需要的數據及時顯示出來。同時也可以選擇對應通道的頻率、最大值、均方根值等。
通(tong)過(guo)對(dui)示(shi)波(bo)器(qi)進(jin)行(xing)合(he)理(li)設(she)置(zhi)和(he)規(gui)範(fan)的(de)操(cao)作(zuo),一(yi)定(ding)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)紋(wen)波(bo)信(xin)號(hao)。但(dan)是(shi),在(zai)測(ce)量(liang)過(guo)程(cheng)中(zhong)一(yi)定(ding)要(yao)注(zhu)意(yi)防(fang)止(zhi)其(qi)它(ta)信(xin)號(hao)對(dui)於(yu)示(shi)波(bo)器(qi)探(tan)頭(tou)自(zi)身(shen)的(de)幹(gan)擾(rao),以(yi)免(mian)所(suo)測(ce)量(liang)的(de)信(xin)號(hao)不(bu)夠(gou)真(zhen)實(shi)。
tongguodianliuxinhaoceliangfaceliangwenbozhishizhi,celiangdiejiazaizhiliudianliuxinhaoshangdejiaoliuwenbodianliuxinhao。duiyuwenbozhibiaoyaoqiubijiaogaodehengliuyuan,jiyaoqiuwenbobijiaoxiaodehengliuyuan,caiyongdianliuxinhaozhijieceliangfakeyidedaogengjiazhenshiwenboxinhao。yudianyaceliangfabutongdeshi,zhelihaiyongdaoledianliutantou。biru,jixuyongshangshudeshiboqi,zaijiayigedianliufangdaqiheyigedianliutantou。cishi,zhixuyongdianliutantoujiazhushuchudaofuzaidedianliuxinhao,jiukeyijinxingdianliuceliangfalaiceliangshuchudianliudewenboxinhaole。yudianyaceliangfayiyang,zhenggeceshiguochengzhong,shiboqijidianliufangdaqideshezhishinengfoucaiyangdaozhenshixinhaodeguanjian。
其qi實shi,用yong這zhe種zhong方fang法fa測ce量liang時shi,示shi波bo器qi的de基ji本ben設she置zhi及ji用yong法fa與yu上shang述shu相xiang同tong。不bu同tong的de是shi,通tong道dao設she置zhi中zhong探tan頭tou的de設she置zhi有you所suo不bu同tong。在zai這zhe裏li,需xu要yao選xuan則ze電dian流liu探tan頭tou的de方fang式shi。然ran後hou,選xuan擇ze探tan頭tou的de比bi例li,必bi須xu與yu放fang大da器qi所suo設she置zhi的de這zhe個ge比bi例li相xiang同tong,這zhe樣yang從cong示shi波bo器qi所suo讀du取qu數shu才cai是shi真zhen實shi的de數shu據ju。比bi如ru,所suo用yong放fang大da器qi的de這zhe個ge比bi例li設she置zhi為wei5A/V,則此時示波器的這一項也需設置為5A/V。至於電流放大器的耦合方式,當示波器的通道耦合已經選擇為交流耦合時,則這裏選擇交流或直流都可以。
需要注意的是,用這種方法時,需先打開示波器,然後再打開電流放大器。且記得在使用前對電流探頭先消磁。
另外,測量電源紋波本身有一定技巧性。不當使用示波器測量電源紋波首先是使用了接地線很長的示波器探針;其二是讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關元件;最後是允許在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感。其結果帶來的問題是在測得的紋波波形中攜帶了拾取的高頻成分。
在電源中有許多很容易耦合到探針中的高速的、大電壓和電流信號波形,其中包括來自功率變壓器的磁場耦合、來自開關節點的電場耦合、以及由變壓器交繞(interwinding)電容產生的共模電流。
caiyongzhengquedeceliangjishukeqieshigaishanwenboceliangdejieguo。shouxian,tongchanghuiguidingwenbodedaikuanshangxian,yibimianshiquchaochuwenbodaikuanshangxiandegaopinzaosheng,yinggaigeiyongyuceliangdeshiboqishedingheshidedaikuanshangxian。qici,keyitongguozhaidiaotanzhende“帽子”來lai去qu掉diao接jie地di長chang引yin線xian形xing成cheng的de天tian線xian。我wo們men把ba一yi段duan短duan線xian繞rao在zai探tan針zhen接jie地di引yin線xian周zhou圍wei,並bing使shi之zhi與yu電dian源yuan地di相xiang連lian接jie。這zhe樣yang做zuo附fu帶dai的de好hao處chu是shi縮suo短duan暴bao露lu在zai電dian源yuan附fu近jin高gao強qiang度du電dian磁ci輻fu射she中zhong的de探tan針zhen長chang度du,從cong而er進jin一yi步bu減jian少shao高gao頻pin拾shi取qu。
最(zui)後(hou),在(zai)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)中(zhong),真(zhen)正(zheng)的(de)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)是(shi)由(you)在(zai)探(tan)針(zhen)接(jie)地(di)引(yin)線(xian)中(zhong)流(liu)動(dong)的(de)電(dian)流(liu)產(chan)生(sheng)的(de),這(zhe)就(jiu)使(shi)得(de)在(zai)電(dian)源(yuan)地(di)和(he)示(shi)波(bo)器(qi)地(di)之(zhi)間(jian)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)降(jiang),表(biao)現(xian)為(wei)紋(wen)波(bo)。要(yao)抑(yi)製(zhi)這(zhe)個(ge)紋(wen)波(bo),需(xu)要(yao)在(zai)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)中(zhong)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)共(gong)模(mo)濾(lv)波(bo)問(wen)題(ti)。
此外,把把示波器引線繞在鐵芯上可減小這個電流,因為這樣會形成一個不影響差分電壓測量、但可降低由共模電流產生的測量誤差的共模電感。可以看到,高頻尖刺已幾乎消除。
shishishang,dangdianyuanjichengdaoxitongzhongzhihou,dianyuanwenboxingnengshenzhihuigenghao。zaidianyuanhexitongqitabufenzhijianjihuzonghuicunzaiyidingliangdediangan。diangankenengshiyoudaoxianhuozaiyinshuaxianlubanshangdeshikexianxingchengde,erzaixinpianfujinzonghuiyouzuoweidianyuanfuzaidefujiapangludianrong,zheliangzhexingchengditonglvboxiaoyingbingjinyibujiangdidianyuanwenbohe/或高頻噪聲。
舉一個極端的例子,由電感量為15nH的長一英寸的短線和電容量10μF的旁路電容構成的濾波器,其截止頻率為400kHz。gaishiliyiweizhenengdafujianshaogaopinzaosheng。gailvboqidejiezhipinlvbidianyuanwenbopinlvdihenduobei,keyiqieshijiangdiwenbo。congmingdegongchengshiyinggaizaiceshiguochengzhongshefaliyongta。
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