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基于RIGOL示波器的电源纹波测试方法

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基于RIGOL示波器的电源纹波测试方法

  • 分类:技术文章
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  • 发布时间:2021-01-15
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基于RIGOL示波器的电源纹波测试方法

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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。

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!若有其他技术问题,欢迎致电神州技测技术支持电话:400-808-6255.

 

 

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