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電源紋波及紋波系數(shù)---上海千實
上海千實精密機電科技有限公司成立于2012年，專注于研發(fā)、設(shè)計及生產(chǎn)紡織測試儀器，為學術(shù)研究單位及檢測機構(gòu)提供紡織測試儀器和服務(wù)，上海千實是目前國內(nèi)較有競爭力和研發(fā)實力的紡織檢測儀器廠家之一，研發(fā)團隊由一群經(jīng)驗豐富的工程師組成，我們本著全心全意為客戶服務(wù)，努力推動紡織檢測儀器技術(shù)革新而努力。
電源的主要作用是為電子產(chǎn)品提供電能，但供電的同時不可避免地會引入紋波、噪聲等，使電子系統(tǒng)甚至整個產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠度降低。
電壓紋波能極大地影響到電源的各個電路，如A/D變換電路、運算放大電路、整流濾波電路等。通常的應(yīng)用中有以下危害：
產(chǎn)生不期望出現(xiàn)的諧波而造成過壓或過流引發(fā)事故;增加附加損耗，降低用電設(shè)備的效率和利用率;
使設(shè)備運行不正常、加速老化、縮短壽命;使繼電保護、自動裝置、計算機系統(tǒng)等設(shè)備運轉(zhuǎn)不正常或不能正常動作;
使測量和計量儀器儀表出現(xiàn)偏差;干擾通信系統(tǒng)，降低信號傳輸質(zhì)量，甚至損壞通信設(shè)備。
因此，在設(shè)計電子產(chǎn)品時，需要準確地測量紋波，并將紋波抑制在一定范圍內(nèi)。
1 電源紋波及紋波系數(shù)
嚴格來講，穩(wěn)壓電源包括電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分。由于DC-DC也可看作是一種穩(wěn)壓電源，所以把整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路看成是穩(wěn)壓電源的必要三部分[1]。
整流電路是利用單向?qū)щ娖骷⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動直流電，脈動直流電不平滑，含有大量交流電成分。
濾波電路是利用儲能元件把脈動直流電轉(zhuǎn)換成比較平坦的直流電，由于濾波電路性能各異，雖可以濾去大部分的交流電成分，但不能完全濾除。
整流濾波后的穩(wěn)壓電路是利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定，使交流電成分降低到小。這種伴隨穩(wěn)定電壓輸出的不能完全濾除的交流電成分叫紋波電壓。
為了表征直流穩(wěn)壓電源濾波的性能，引入紋波系數(shù)的概念[2-3]。定義紋波系數(shù)ψ為紋波電壓有效值Vr與直流輸出電壓Vo的百分比值，即：
紋波系數(shù)是評價直流電源穩(wěn)定純凈輸出的重要指標。根據(jù)上式可知，求紋波系數(shù)需測量紋波電壓。
2 電源紋波的測量
準確測量電源紋波一般需要兩種儀器，即電子負載(Electronic Load)和數(shù)字存儲示波器(Digital Storage Oscilloscope,DSO)。
電子負載方便調(diào)整電流，一般設(shè)定在恒阻模式(CR);數(shù)字存儲示波器能直接捕獲整個紋波波形，存儲放大并讀出紋波數(shù)值。將示波器讀值代入公式，可得到紋波系數(shù)。
測量時，必須要注意以下兩點(這兩點對測量結(jié)果的準確性尤為重要)：
(1) 數(shù)字存儲示波器的探頭地線必須拔掉，改用探頭組件中的接地彈簧針。可以防止出現(xiàn)地環(huán)路耦合進EMI噪聲，使測量結(jié)果不準確。
探頭地線過長且環(huán)路面積過大，形成了接收天線、高頻雜波或EMI噪聲會耦合進所測信號。
(2) 數(shù)字存儲示波器本身需要調(diào)整設(shè)置。
數(shù)字存儲示波器需有良好的接地，進一步濾去從電源端附加進來的雜波;使用數(shù)字存儲示波器的交流耦合，阻擋直流，使紋波測試更為直觀準確;
一般的紋波測試都要求頻率限制在20MHz以下，因此數(shù)字存儲示波器應(yīng)打開20MHz帶寬限制，隔離高頻噪聲。
3 抑制電源紋波的方法
抑制穩(wěn)壓電源輸出電壓的紋波，一般采取的方法有以下四種：RLC濾波法、共模濾波法、鐵氧體磁環(huán)濾波法以及三種方法的組合。
通過實驗驗證說明抑制DC-DC電源紋波的濾波電路。驗證實驗中選取100W DC-DC電源，48V輸入，5V輸出，型號為Meanwell的SD-100C-5。
數(shù)字存儲示波器選擇GWINSTEK的GDS-1072B，帶寬為70MHz，采樣率為1GSa/s，每通道存儲深度為10M。
電子負載選擇GWINSTEK的PEL-3021，電壓范圍為1.5V~150V，電流范圍為0~35A，功率為175W。
據(jù)此計算可知，電路中電流為20A。圖3為電源紋波測試的連接框圖。
為了使抑制電源紋波的效果更直觀明顯，先將SD-100C-5的濾波電路短接，測量其輸出電壓的紋波。從中可以得到，電源紋波大致為85.6mVpp，有效值為48.2mVrms。
