示波器探測開關電源紋波的辦法

以20M示波器帶寬為限制標準，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，不過要考慮其出現的誤差），在探頭上并聯一個10UF電解電容與一個0.1UF瓷片電容，用示波器的探針筆直進行探測；倘若示波器探頭不是筆直接觸輸出點，應當用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測量。

開關電源輸出紋波緊要來源于五個方面：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出現的超高頻諧振噪聲；閉環調節控制引起的紋波噪聲。

紋波是重疊在直流信號上的交流干擾信號，是電源探測中的一個很緊要的標準。尤其是作特殊用途的電源，如激光器電源，紋波則是其致命要害之一。所以，電源紋波的探測就顯得極為緊要。

電源紋波的測量辦法大致分為兩種：一種是電壓信號測量法；另一鐘是電流信號測量法。

一般關于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。而關于紋波性能要求高的恒流源則最好用電流信號測量法。

電壓信號測量紋波是指，用示波器測量重疊在直流電壓信號上的交流紋波電壓信號。關于恒壓源，探測可以筆直用電壓探頭測量輸出到負載上的電壓信號。關于恒流源的探測，則一般是通過使用電壓探頭，測量采樣電阻兩端的電壓波形。整個探測過程中，示波器的設置是能否采樣到真切信號的關鍵。

所用的儀器是：配有電壓測量探頭的TDS1012B示波器。

測量之前要進行如下設置。

1.通道設置：耦合：即通道耦合方式的選擇。紋波是重疊在直流信號上的交流信號，所以，我們要探測紋波信號就可以去掉直流信號，筆直測量所重疊的交流信號就好。

寬帶限制：關探頭：首先選用電壓探頭的方式。然后選擇探頭的衰減比例。非得與實際所用探頭的衰減比例保持一致，這樣從示波器所讀取數才是真切的數據。比如，所用電壓探頭放在×10檔，則此時，這里的探頭的選項也非得設置為×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通道進行探測，則此處就應當選擇為CH1。

斜率：上升。觸發方式：倘若是在實時地觀察紋波信號，則選擇‘自動’觸發。示波器會自動跟隨實際所測信號的變化，并顯示。這個時候，你也可通過設置測量按鈕，實時地顯示你所要的測量的數值。但是，倘若你想要捕捉某次測量時的信號波形，則要將觸發方式設置為‘正常’觸發。此時，還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。倘若不知道，則觸發電平可以設置的略微小一些。

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；當所設置的采樣長度過小時，就只能看到所測實際信號的局部，同樣無法得到真切的實際信號。所以，在實際測量時，需來回蕩轉按鈕，仔細觀察，直到所顯示波形是真切的完整的波形。

4.采樣方式：可依據實際要設定。如，要求測量紋波的p-p值，則最好選擇峰值測量法。采樣次數也可依據實際要設定，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。

通過對示波器進行合理設置和規范的操作，一定可以得到所需的紋波信號。但是，在測量過程中一定要留意戒備其它信號關于示波器探頭自身的干擾，以免所測量的信號不夠真切。

通過電流信號測量法測量紋波值是指，測量重疊在直流電流信號上的交流紋波電流信號。關于紋波指標要求比較高的恒流源，即要求紋波比較小的恒流源，采用電流信號筆直測量法可以得到更加真切紋波信號。與電壓測量法不同的是，這里還用到了電流探頭。比如，持續用上述的示波器，再加一個電流放大器和一個電流探頭。此時，只需用電流探頭夾住輸出到負載的電流信號，就可以進行電流測量法來測量輸出電流的紋波信號了。與電壓測量法相同，整個探測過程中，示波器及電流放大器的設置是能否采樣到真切信號的關鍵。

其實，用這種辦法測量時，示波器的基本設置及用法與上述相同。不同的是，通道設置中探頭的設置有所不同。在這里，要選則電流探頭的方式。然后，選擇探頭的比例，非得與放大器所設置的這個比例相同，這樣從示波器所讀取數才是真切的數據。比如，所用放大器的這個比例設置為5A/V，則此時示波器的這一項也需設置為5A/V。至于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，則這里選擇交流或直流都可以。

要留意的是，用這種辦法時，需先打開示波器，然后再打開電流放大器。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；最后是準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）電容出現的共模電流。

采用正確的測量技術可切實改善紋波測量的結果。首先，通常會規定紋波的帶寬上限，以戒備拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲，應當給用于測量的示波器設定適宜的帶寬上限。其次，可以通過摘掉探針的“帽子”來去掉接地長引線形成的天線。我們把一段短線繞在探針接地引線周圍，并使之與電源地相連接。這樣做附帶的好處是縮短暴露在電源附近高強度電磁輻射中的探針長度，從而進一步減少高頻拾取。

最后，在隔離電源中，真正的共模電流是由在探針接地引線中流動的電流出現的，這就使得在電源地和示波器地之間出現電壓降，表現為紋波。要抑制這個紋波，要在電源設計中仔細考慮共模濾波問題。

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出現的測量誤差的共模電感。可以看到，高頻尖刺已幾乎消除。

事實上，當電源集成到系統中之后，電源紋波性能甚至會更好。在電源和系統其它部分之間幾乎總會存在一定量的電感。電感可能是由導線或在印刷線路板上的蝕刻線形成的，而在芯片附近總會有作為電源負載的附加旁路電容，這兩者形成低通濾波效應并進一步降低電源紋波和/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。該實例意味著能大幅減少高頻噪聲。該濾波器的截止頻率比電源紋波頻率低很多倍，可以切實降低紋波。聰明的工程師應當在探測過程中設法利用它。

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