開關(guān)電源輸出紋波的正確測(cè)量方法

開關(guān)電源輸出電壓的紋波（紋波是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號(hào)，是雜波的峰峰值）是一個(gè)重要的指標(biāo)，如何正確使用示波器來測(cè)量這個(gè)指標(biāo)？測(cè)量電源輸出紋波有一定技巧性。首先來分析一個(gè)不當(dāng)使用示波器測(cè)量開關(guān)電源紋波的實(shí)例，分析其錯(cuò)誤，并探討如何采用正確的測(cè)量方法以便得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。下面的圖片是使用示波器測(cè)量電源紋波的結(jié)果，在這個(gè)測(cè)試中出現(xiàn)了幾個(gè)錯(cuò)誤：
1.使用了接地線很長的示波器探針。
2.讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關(guān)元件。
3.允許在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感。
其結(jié)果帶來的問題是在測(cè)得的紋波波形中攜帶了拾取的高頻成分，紋波噪音的峰值顯示偏高。在高頻開關(guān)電源電路中存在著許多很容易耦合到探針中的高頻、高電壓和電流信號(hào)波形，其中包括來自高頻變壓器的磁場(chǎng)耦合、來自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)耦合、以及由變壓器交繞電容產(chǎn)生的共模電流。


采用正確的測(cè)量方法可改善紋波測(cè)量的結(jié)果：
1.通常會(huì)規(guī)定紋波的帶寬上限，以避免拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲，應(yīng)該給用于測(cè)量的示波器設(shè)定合適的帶寬上限。
2.可以通過摘掉探針的“帽子”來去掉接地長引線形成的天線。下圖所示，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(qiáng)度電磁輻射中的探針長度，從而進(jìn)一步減少高頻拾取。
3.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(dòng)的電流產(chǎn)生的，這就使得在電源地和示波器地之間產(chǎn)生電壓降，表現(xiàn)為紋波。要抑制這個(gè)紋波，需要在電源設(shè)計(jì)中仔細(xì)考慮共模濾波問題。
4.把示波器引線繞在鐵芯上可減小這個(gè)電流，因?yàn)檫@樣會(huì)形成一個(gè)不影響差分電壓測(cè)量、但可降低由共模電流產(chǎn)生的測(cè)量誤差的共模電感。圖中顯示了采用改進(jìn)測(cè)量技術(shù)對(duì)同一電路得到的紋波電壓測(cè)量結(jié)果，可以看到，輸出波形比較圓滑，高頻尖刺已基本消除。


事實(shí)上，當(dāng)開關(guān)電源搭配負(fù)載設(shè)備使用后，輸出紋波性能甚至?xí)?。在開關(guān)電源和負(fù)載設(shè)備之間幾乎總會(huì)存在一定量的電感。電感可能是由導(dǎo)線或在印刷線路板上的蝕刻線形成的，而在負(fù)載設(shè)備的輸入端總會(huì)有作為輸入濾波而附加旁路電容，這兩者形成低通濾波效應(yīng)并進(jìn)一步降低電源紋波和高頻噪聲。比如由電感量為15nH的長一英寸的輸出連接線和電容量10μF的旁路電容構(gòu)成的濾波器，其截止頻率為400kHz。該實(shí)例意味著能大幅減少高頻噪聲。該濾波器的截止頻率比開關(guān)電源紋波頻率低很多倍，可以切實(shí)降低紋波。