开关电源EMI噪声分析

开关电源EMI噪声分析
开关电源EMI噪声分析

微弱信号检测课程报告

组员:李政张辉刘兴兵

班级:076081

指导老师:宋俊磊

班级:2011.06

开关电源EMI噪声分析及抑制

0 引言

开关电源作为一种通用电源,以其轻、薄、小和高效率等特点为人们所熟知,是各种电子设备小型化和低成本化不可缺少的一种电源方式,已成为当今的主流电源。随着电子信息产的迅猛发展,其应用范围也必将日益扩大,需求量也会与日俱增。然而,当人们尽情享用开关电源所带来的轻、薄、小和高效率等种种便利之时,同时也带来了噪声干扰的种种危害。特别是开关电源在向更小体积、更高频率、更大功率的方向发展,其dV/dt、dI/dt所带来的EMI噪声也将会更大。它的传导噪声、辐射噪声会波及整机的安全,有时会干扰一些CPU的指令,引起系统的误操作,严重时还会引起系统的颠覆性破坏。为此,我们在使用开关电源时,要密切关注开关电源的EMI噪声所带来的危害,采取积极的防范措施来降低EMI 噪声,把EMI噪声的影响降到最低。

1 电源噪声基本概念

电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz,最高可150MHz。电源噪声,特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强,对微机和数字电路易产生严重干扰。

根据传播方向的不同,电源噪声可分为两大类:

①. 一类是从电源进线引入的外界干扰;

②. 一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。

从形成特点看,噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种:

①. 串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声。

②. 共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。

开关电源属于强干扰源,其本身产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作。因此,抑制开关电源本身的电磁噪声,同时提高其对电磁干扰的抗扰性,在设计和开发过程中需要特别的关注。

2 电源噪声分析

开关电源的电路拓扑结构很多,在中小功率开关电源模块中,使用较多的电路拓扑结构为推挽式、单端正激式、单端反激式等。典型的单端正激式开关电源电路框图如图1所示。

图1 单端正激变换电路

电路工作时,由PWM控制单元送出脉宽可变的脉冲信号来驱动开关管Ql,其导通关

断状态不断改变。在功率开关管Q1的高频开关切换过程中,流过功率开关管和高频变压器的脉冲会产生纷杂的谐波电压及谐波电流。这些谐波电压及谐波电流产生的噪声可通过电源输入线传到公共供电端,或通过开关电源的输出线传到负载上,从而对其它系统或敏感元器件造成干扰。这些噪声在电源线上传导的噪声频谱图如图2所示,从图中可以看出,在几百kHz到50 MHz的频段内,也就是在开关频率的基波和若干次谐波的频段内,干扰噪声的幅值远远超过了GJBl51A所规定的范围,因而会造成系统传导噪声等电磁兼容指标超标。

图2 开关电源在电源线上的传导噪声频谱图

2.1 共模噪声电流

金属封装结构表面贴装开关电源模块的整个电路元器件全部都装配在基片上。PWM控制片、功率开关管、整流二极管等有源器件全部采用表面贴装封装元件,输入输出的电压电流由引线送出。这样的连接方式虽然构成了电路回路,但也给电路带来了新的寄生电容Cp,这些寄生电容的分布如图3所示。

图3 开关电源的寄生电容Cp分布

在初级回路中,功率开关管芯片、PWM控制芯片、运算放大器芯片、电源正负输入线

的走线轨迹等都会与外壳底板之间产生寄生电容Cp,寄生电容的容量大小取决于基片的厚度和它们在底板上所占据的面积。这样,在电路中,这些元器件及其走线与外壳底板之间就形成了分布电容Cp1、Cp2、……、Cp6等。这些分布电容在dV/dt、dI/dt及整流二极管反向恢复电流等共同影响下,就会引起噪声电流。这些噪声电流对于输入电源线的正负之间、以及输出负载线的正负之间大小相等,相位相同,称之为共模噪声电流。共模噪声电流的大小与分布电容的大小、dV/dt、dI/dt等有关。

2.2 初级差模噪声电流

图4所示是初级差模干扰电流示意图。在初级回路中,功率开关管Q1、高频变压器原边绕组Lp与输入滤波电容Ci构成了开关电源的输入直流变换回路,这个变换回路在正常工作时,会将输入的直流能量通过高频变压器传给次级。但在功率开关管Q1开关时,高频脉冲的上升和下降所引起的基波及谐波会沿着输入滤波电容Ci传向输入供电端,这种沿着输入电源线正负端传播的噪声电流称之为初级差模噪声电流IDIFF。

图4 初级差模噪声电流示意图

这种差模干扰电流IDIFF经输入电源线流向公共供电端,特别是当输入滤波电容Ci滤波不足时,对输入电源线的干扰很大,它还会通过公共的供电端干扰系统的其它部分,从而使其它部分的性能指标降低。

2.3 次级差模噪声电流

图5 次级差模噪声电流示意图

次级差模干扰电流示意图如图5所示。在开关电源的次级回路中,高频变压器副边绕组Ls和整流二极管V2负责将输入的能量传给负载。输出滤波电感L、输出滤波电容Co对高频部分进行滤波。整流二极管V2的作用是将次级绕组的脉冲波整流成直流。脉冲波为高电平时,整流二极管导通,此时将能量传给负载,脉冲波为低电平时截止,输出电流通过V3进行续流。当整流二极管V2由导通变为截止时,由于二极管的载流子移动会产生很大的反向恢复电流,这个反向恢复电流会沿着输出滤波电感和输出滤波电容传播到负载回路中。所

以,沿着输出线传播的EMI噪声电流包含有两个部分,一部分是正常传送能量时所携带的开关基频与谐波的干扰电流,另一部分是二极管反向恢复电流所引起的干扰电流。这个沿着输出线正负端传播的噪声电流是差模噪声电流IDIFF。

这种差模噪声电流会给负载电路带来非常不利的影响,特别是输出滤波电容滤波不足时,表现得特别厉害,它会影响负载电路中的模拟电路的灵敏度和数字电路的门限等,严重时,还会导致电路误触发,从而引起整个系统的工作不正常。

3 噪声抑制措施

抑制电磁干扰(EMI)噪声应该从干扰源、传播途径和受扰设备入手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除骚扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

3.1 屏蔽

屏蔽可以用来控制电场或磁场从空间的一个区域到另一个区域的传播,这是克服电场耦合干扰、。磁场耦合干扰以及电磁辐射干扰的最有效手段。屏蔽的目的是利用导电材料或高磁导率材料来减少磁场、电场或电磁场的强度。

通常采用两层屏蔽技术,外层屏蔽材料的磁导率不是很高,但是其达到磁饱和的磁场强度却很高,内层屏蔽材料采用高磁导率,以充分吸收噪声。

图6 屏蔽示意图

发挥屏蔽效果的关键是如何设计屏蔽盒的开口和连接部分之间的间隙。必须增多屏蔽盒的连接部分,从而使开口和间隙的最长的边减至最小。图7是几种良好屏蔽示例与不良示例的比较。

图7 屏蔽示例比较

3.2 接地

为了阻止电路块之间出现噪声干扰,必须减小各个电路块之间的GND阻抗,以使来自各个电路块的GND电流不会互相干扰。通过加宽和缩短信号间的接地布局,可减小接地阻

抗,这将减小对地势差。通常采用混合接板地方式,如图8所示。

图8 混合接地方式

对于低频地电流,小电容阻抗很大,该方式相当于并行单点接地;对于高频电流,该方

式相当于多点接板地。

3.3 滤波

3.3.1 EMI滤波器

加装EMI电源滤波器是抑制EMI噪声最好的方法之一。在电源输入端加装EMI电源滤波

器可以获得双重效果,它既可以抑制开关电源产生的EMI干扰传向电源端,亦可抑制来自电

源端的EMI噪声对开关电源造成的干扰。在输出端也可加EMI滤波器。EMI滤波器典型结构

如图9所示。

图9 EMI滤波器典型结构

该电路由共模滤波电路和差模滤波电路组成。其中Ll和L2是绕在同一磁芯上的两只独立线圈,称为共模扼流线圈,其所绕线的圈数相同,线圈绕向相反。这样,EMI滤波器接入电路后,两个线圈内共模电流产生的磁通在磁罐内将互相抵消,因而不会使磁罐达到磁饱和,因此,两只线圈的电感值能保持不变。其中,L1、L2和两个电容Cy构成两个独立端口间的低通滤波器,可以抑制电源线上存在的共模EMI信号,以使这些共模EMI信号无法在电源线上进行传导。L3、L4是差模扼流线圈,Cx是差模滤波电容能够抑制差模信号。

采用EMI滤波器后的滤波效果如图10所示。有图可知,噪声水平一限制在标准线之下。

图10 加装EMI滤波器后的传导噪声频谱图

3.3.2 EMIFIL(静噪滤波器)

EMIFIL是由村田制作所推出的产品,可有效滤除EMI噪声,其内部结构、滤波原理与EMI滤波器一样,抑制噪声过程如图11所示。

图11 滤波器工作过程

4 总结

如何使整机通过电磁兼容测试是系统设计人员越来越关心的事情。要全面、系统的解决电磁兼容问题,就必须从最初的设计和最基础的原理入手。研究表明,电磁兼容设计必须从系统研制的初期(即方案论证阶段)开始考虑,并应贯穿于研制过程的各个阶段。而且电磁兼容设计是实现系统电磁兼容的关键环节。有资料表明,若在产品开始研制时进行电磁兼容设计,大约90%的传导和辐射干扰都可得到控制,由此可见,从EMI噪声的产生开始分析,从中找到抑制EMI噪声的方法,并孰知有关的EMI噪声测试方法,对整机通过电磁兼容测试是大有裨益的。

开关电源纹波、噪音详解——这篇文章令你眼前一亮(民熔)

开关电源纹波、噪声浅谈 纹波与噪声 纹波 开关电源的输出并不是真正恒定的,输出存在着周期性的抖动,这些抖动看上去就和水纹一样,称为纹波。 纹波可以是电压或电流纹波。 通常用2个参数来描述纹波: 最大纹波电 压:纹波的峰峰值。 纹波系数:交流分量的有效值与直流分量之比。 纹波产生的原因 开关电源的纹波来自2个地方: 低频纹波:来自AC输入的周期,电源对输入的抑制比不是完美的,当输入变化,输出也会变化。 高频纹波:来自开关切换的周期,开关电源不是线性连续输出能量,而是将能量组成一个个包来传输,因此会存在和开关周期相对应的纹波。 如果是线性电源,是没有开关纹波的,只有低频纹波。 纹波与噪声

纹波是由于AC周期或开关周期引起的输出抖动,而噪声是随机耦合到输出上的高频信号,是不一样的。 恒流 LED恒流驱动 为什么照明用LED都是电流驱动? LED是二极管,而二极管的PN结的正向导通阻抗是负温度系数,随着温度的升高,二极管正向导通阻抗降低。 如果用恒压源驱动LED,随着LED工作,温度开始升高,温度升高后,正向导通阻抗降低,由于I=U/R,电流升高,且由于功率P=U*I,功率也增加,LED发热更厉害,进一步刺激温度升高,陷于恶性循环,直到LED损坏。 恒压源驱动时,温度和电路是一对正反馈。 所以照明LED都是恒流驱动,如果是非照明,LED几乎没有温升,此时可以用恒压驱动。 恒流精度 恒流精度和其他电影的恒压效果一样,体现在几个方面。 当负载发生变化时,电源输出的电流的恒定程度。 在实际应用时,多个不同的LED串不可能阻抗特性完全相同,将这些不同的负载接到电源上后,电流的误差就定义为恒流精度。 不光是多负载,同一个LED,温度不同时,阻抗特性也不同,不同温度下电流也是有误差的,但这和前面的条件本质还是一样,都是负载变化。

关于纹波测试的相关问题

关于纹波测试的相关问题 对于纹波测试是一个老生长谈的问题.个人总结如下: 1, 电源输出纹波的分解为,首先是工频和整流频率50HZ,100HZ及期整数倍的谐波部分;其次是开关纹波部分,即PWM产生的开关纹波,一般在30KHZ~500KHZ,根据开关频率不同而不同;第三是噪声和杂讯电压信号; 对于AC/DC的测试,通常会采用加电解电容和电阻滤波47UF,1Koum等不同的方法. 具体操作和原理如下: 一所谓纹波电压,是指输出电压中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数S 。 问题:如何测量电源纹波? 回答:可以先用示波器将整个波形捕获,然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可),同时还要利用示波器的F FT功能从频域进行分析。 1.最大纹波电压。 在额定输出电压和负载电流下,输出电压的纹波(包括噪声)的绝对值的大小,通常以峰峰值或有效值表示。 2.纹波系数Y(%)。 在额定负载电流下,输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比,既y=Umrs/Uo x100% 3.纹波电压抑制比。 在规定的纹波频率(例如50HZ)下,输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比,即: 纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。 这里声明一下:噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak) 值表示,一般在输出电压的0.5%以下;噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值 表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。 二.纹波噪声(涟波杂讯电压)(Ripple & Noise)%,mv 2.1定义: 直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。 2.2测试条件:

如何正确地测试纹波电压

如何正确地测试纹波电压 纹波电压在产品中是一项很重要的参数,过大的纹波电压不仅会直接影响音频电路的信噪比,甚至引起电路的误动作。在实际做设计调试和测试时,我们发现很多同事并不知道如何去测试纹波,因此收集了一些网上资料结合实际经验总结出这篇文章,借此抛砖引玉。 由于目前产品中大量应用开关电源和DC-DC等电路进行供电和电压转化,此类设计由于应用了开关技术使供电的效率有了本质上的提高,大大减小了功率耗散;但同时也增加了输出的交流成分,即我们所说的纹波和噪声(Ripple & Noise)。 一、 纹波的概念: 纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。 纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小。杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要以辐射的形式存在。杂噪是一种常用的通俗说法。其共性就是具有随机性。但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而纹波则不是。 输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系。 通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值。所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小。 纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的0.5%以下;噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。 通常我们所说的纹波噪声是对电压信号而言。 二、 纹波噪声的成分分析: 测试纹波噪声,我们需要先对纹波噪声信号的成分进行区分。 如上图所示,纹波噪声可分为如下四个部分:

开关电源的纹波和噪声测试方法

开关电源的纹波和噪声(图) 开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声

开电源纹波噪声的产生及抑制

电源纹波噪声的产生及抑制 一、纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了电源的效率; 1.3.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; 1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如: 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,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/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面: 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;

4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 4.1、输入低频纹波: 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。 交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。 电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。要实现开关电源的低纹波输出,必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感,电容参数。 △●电容上的纹波有两个成分,一个是充放电时的电压升降量,一个是电流进出电容时ESR上的I*R电压降量。 △●通过输出纹波与输出电容的关系式:vripple=Imax/(Co×f)可以看出,加大输出电容值可以减小纹波。 △●或者考虑采用并联的方式减小ESR值,或者使用LOW ESR电容。 b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。 △●feed forward control(FFC)前馈控制是按照扰动产生校正作用的一种调节方式,主要用于一些纯滞后或容量滞后较大的被控参数的控制。 △●其目的是加速系统响应速度,改善系统的调节品质。 4.2、高频纹波: 高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路 在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关; 设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。高频纹波抑制常用的方法有以下几种: a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,其纹波电流△I可由下式算 出: 可以看出,增加L值,或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。 c、采用多级滤波。 一般滤波多采用C型、LC型、CLC型,为了更好的抑制纹波,可以采用增加多一级LC滤波。 4.3、寄生参数引起的共模纹波噪声: 由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生

电源纹波的产生、危害、测量和抑制

1 引言 对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源,但是它除了提供能量外,也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响,在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波 纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号,指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样,所以被称为纹波(见图1)。 图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形 2.1 电源纹波产生 我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值,由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净,直流电压中含有交流成分,这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅不是定值,随时间而变,不同电源的纹波波形不一样。 产生电源纹波的因素有许多,即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 线性电源

由于我国供电频率是50Hz,所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器,纹波电压的频率常常是50nHz,n取自然数,大小取决于整流电路的类型。对于半波整流,是1;对于全波整流,是2;对于三相全波整流,是6,即300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍,幅值小,较易滤除,通常纹波可做到几mV。 如假定整流桥输出负载电流IL,负载电压VL,整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f,则其输出的纹波电压由表1各式计算。 表1 整流纹波电压 采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压,一般表示为: △U=ILsin2wt/(2wC) (1) 从式(1)中可以看出,纹波频率为输人频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流,反比于输人电压频率和平滑电容的大小。 开关电源 产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大,频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管在导通和截止的时候,都会有一个上升和下降时间,这时候在电路中就会出现一个与开关上升与下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。这些噪声一般叫做高频纹波噪声,幅值通常要比纹波大得多。

开关电源的纹波和噪声

开关电源的纹波和噪声 开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。

开关电源各个专业开关电源各个专业名词解释

开关电源各个专业纹波与噪声 纹波 ■开关电源的输出并不是真 上去就和水纹一样,称为纹 纹波可以是电压或电流纹波■通常用2个参数来描述纹最大纹波电压:纹波的峰峰纹波系数:交流分量的有效纹波产生的原因 ■开关电源的纹波来自低频纹波:来自AC 输入的周输出也会变化。 高频纹波:来自开关切换的量组成一个个包来传输,■如果是线性电源,是没有关电源各个专业名词解释不是真正恒定的,输出存在着周期性的抖动,称为纹波。 流纹波。 描述纹波: 的峰峰值。 的有效值与直流分量之比。 2个地方: 入的周期,电源对输入的抑制比不是完美的,当输切换的周期,开关电源不是线性连续输出能量,因此会存在和开关周期相对应的纹波。 是没有开关纹波的,只有低频纹波。 解释 ,这些 抖动看 当输入 变化,能量,而是 将能

纹波的影响 ■最大纹波会决定输出的峰 的影响,使得输出的峰值比比如,对LED 来说,过高的■过大的纹波系数会使得输求。 比如,对LED 来说,过大的■如果开关电源用来驱动电是驱动IC 这种高速型负载纹波与噪声 ■纹波是由于AC 周期或开的高频信号,是不一样的调整率 ■电源在使用时,有两个明 输入和负载发生变化时,出的峰值,本来输出是稳定的某个电压或电流峰值比平均值高,这可能会损坏负载。 过高的电流会减少LED 的寿命。 使得输出的能量不均衡平滑,从而偏离了直流输过大的纹波系数会使得LED 亮度变化,造成闪烁驱动电池,LED 灯这种负载,低频纹波的影响更型负载,高频纹波的影响更大。 期或开关周期引起的输出抖动,而噪声是随机耦合样的。 两个明显变化的外部条件:输入和负载。好的电,依然能维持恒压或恒流。 电流,由 于纹波直流输出 这个要成闪烁。 影响更大, 如果机耦合到 输出上 好的电源 应该在

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方法 一、什么叫纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了电源的效率; 1.3.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; 1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如:

一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,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/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面: 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。

五、电源纹波测试 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。所以,电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。 一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 电压信号测量纹波是指,用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源,测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试,则一般是通过使用电压探头,测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中,示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。 所用的仪器是:配有电压测量探头的TDS1012B示波器。 测量之前需要进行如下设置。 1.通道设置:

开关电源的纹波和噪声的控制问题

开关电源的纹波和噪声 时间:2009-09-07 09:10:59 来源:今日电子/21ic作者:北京航空航天大学方佩敏开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。 由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但

如何正确地进行电源纹波的精确测量

如何正确地进行电源纹波的精确测量 精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图 1 所示的示例中,一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针;他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近;他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中,存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形,其中包括耦合自电源变压器的磁场,耦合自开关节点的电场,以及由变压器互绕电容产生的共模电流。 图 1 错误的纹波测量得到的较差的测量结果 利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先,通常使用带宽限制来规定纹波,以防止拾取并非真正存在的高频噪声。我们应该为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。其次,通过取掉探针“帽”,并构成一个拾波器(如图 2 所示),我们可以消除由长接地引线形成的天线。将一小段线缠绕在探针接地连接点周围,并将该接地连接至电源。这样做可以缩短暴露于电源附近高电磁辐射的端头长度,从而进一步减少拾波。 最后,在隔离电源中,会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降,从而表现为纹波。要防止这一问题的出现,我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外,将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器,其在不影响差分电压测量的同时,还减少了共模电流引起的测量误差。图 2 显示了该完全相同电路的纹波电压,其使用了改进的测量方法。这样,高频峰值就被真正地消除了。 图 2 四个轻微的改动便极大地改善了测量结果

最有效的开关电源纹波计算方法

对滤波效果而言,电容的ESL和ESR参数都很重要,电感会阻止电流的突变,电阻则限制了电流的变化率,这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR,故而横向比较起来,同样的容量滤波效果却不同。

漏电流小,ESR小,一般都是认为要选择低ESR的系列,不过也与负载有关,负载越大,ESR不变时,纹波电流变大,纹波电压也变大。我们从公式上来看看,dV=C*di*dt;dv就是纹波,di是电感上电流的值,dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波,大题分解为:滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise,如下图: 一般对纹波的计算通常是估算 有关开关电源纹波的计算,原则上比较复杂,要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数,计算每个谐波的衰减,再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关,而且与负载电阻有关。当然,计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件,若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR,那就更复杂了。所以,通常都是估算,再留出一定余量,以满足设计要求。对样机需要实际测试,若不能满足设计要求,则需要更改滤波元件参数。 以Buck电路为例,电感中电流连续和断续,开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定,电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续,除与电感量等有关外,还与负载有关。更严重的是,电流是否连续还与占空比有关,而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck,其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。 若要求所有可能产生的工作状态下都稳定,通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变),或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0~30V输出电源),环路稳定的难度更大。对这类电源,往往要在开关电源之后再加一级线性调整。 电解电容的选择很重要 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。可以在高频下使用,如采用普通的铝电解电容作输出电容,无法在高频(100kHz以上的频率)下工作,即使电容量也无效,因为超过10kHz时,它已成电感特性了。

电源纹波测试的正确方法

电源纹波测试的正确方法 用500MHz带宽的示波器对其开关电源输出5V信号的纹波进行测试时,发现纹波和噪声的峰峰值达到了900多mV(如下图所示),而其开关电源标称的纹波的峰峰值 在隔离电源中,会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降,从而表现为纹波。要防止这一问题的出现,我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外,将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器,其在不影响差分电压测量的同时,还减少了共模电流引起的测量误差。下图显示了该完全相同电路的纹波电压,其使用了改进的测量方法。这样,高频峰值就被真正地消除了。 经过实际测试,发现测得的纹波噪声的峰峰值有很大改善,如下图所示。但纹波噪声的峰峰值仍然有40多mV,和开关电源厂商标称的耦合功能把直流隔离掉再进行纹波噪声测试。 5、输入阻抗:很多示波器有50欧姆和1M欧姆的输入阻抗选择,通常50欧姆输入阻抗下示波器的底噪声更低。不过示波器连接大部分无源探头时都会自动把阻抗切换到1M欧姆,只有连接有源探头或同轴电缆时才可以设置为50欧姆输入阻抗。 在进行实际测试之前,一个比较好的习惯是先检查一下当前使用的设备和设置下的系统的底噪声。下面图中的5个波形分别是使用500M的S系列示波器在使用不同的探头和带宽设置下的底噪声结果。波形从上到下依次为:50欧姆输入阻抗,1:1探头,500MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,1:1探头,20MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,1:1探头,500MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,10:1探头,20MHz带宽;1M欧姆输入阻抗,10:1探头,500MHz带宽。其底噪声的峰峰值从不到1mV直到接近30mV,可见测试中探头、带宽、输入阻抗设

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方 法 集团企业公司编码:(LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

一、什么叫纹波? 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了电源的效率; 1.3.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; 1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如: 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,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/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面: 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 电源纹波测试 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。所以,电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。 一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 电压信号测量纹波是指,用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源,测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测

开关电源纹波分析及抑制(精华)

主题: 开关电源纹波的产生与控制 开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。 2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。 高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有以下几种: a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。 C、采用多级滤波。 3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。 减小输出共模纹波噪声的常用方法: a、输出采用专门设计的EMI滤波器。 b、降低开关毛刺幅度。 4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二

如何用示波器测量电源纹波

如何用示波器测量电源纹波 今天的电子电路(比如手机、服务器等领域)的切换速度、信号频率比以前更高,同时芯片的封装和信号摆幅却越来越小,对噪声更加敏感。因此,今天的电路设计者们比以前会更关心电源噪声的影响。实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具,但是如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果,笔者在和用户交流过程中发现很多用户的测试方法不尽正确,所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结,供大家参考。 由于电源噪声带宽很宽,所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。但是不能忽略的是,实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。如果要测量的噪声与示波器和探头的噪声在相同数量级,那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。 + ——> probe——> Attenuator——> Amplifier——> A/Dconverter GND——> ProbeNoiseNoise 示波器的主要噪声来源于2个方面:探头的噪声和示波器本身的噪声。 所有的实时示波器都使用衰减器来调整垂直量程。设置衰减以后示波器本身的噪声会被放大。比如,当不用衰减器时,示波器的基本量程是5mV/格,假设此时示波器此时的底噪声是500mvRMS。当把量程改成50mV/格时,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5mVRMS了。因此,测量噪声时应尽可能使用示波器最灵敏的量程档。但是示波器在最灵敏档下通常不具有足够的偏置范围可以把被测直流电压拉到示波器屏幕中心范围进行测试,因此通常需要利用示波器的AC耦合能把直流电平滤掉只测量AC成分。 基于同样的原因,在电源测量中也应该尽量使用1:1的探头而不是示波器标配的10:1的探头。否则示波器的噪声也会被放大。 探头带来的噪声是在在衰减器前面耦合进来的,因此无论衰减比设置多少,探头贡献的噪声都是一定的。但是,在某些不正确的使用方法下,探头可能会带来额外的噪声,一个典型的例子就是使用长地线。为了方便测试,示波器的的无源探头通常会使用15cm左右的鳄鱼夹形式的长地线,但是这对于电源纹波的测试却是不适用的,特别是板上存在开关电源的场合。由于开关电源的切换会在空间产生大量的电磁辐射,而示波器探头的长地线又恰恰相当于一个天线,所以会从空间把大的电磁干扰引入测量电路。一个简单的验证方法就是把地线和探头前端接在一起,靠近被测电路(不直接接触)就可能在示波器上看到比较大的开关噪声。因此测量过程中应该使用尽可能短的地线。 为了减小开关噪声的影响,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。 最后要注意的一点是,通常电源测试都规定了某个频率范围内的纹波和噪声,比如20MHz以内的,而一般示波器的带宽都大于这个要求,因此测试时可以打开示波器的带宽限

开关电源纹波

开关电源纹波的产生 我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度,达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。 随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。 另外,SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。 如果是AC/DC变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC噪声,频率是输入AC电源的频率,为50~60Hz左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。因为本人是做汽车电子研发的,对于后两种噪声接触较少,所以暂不考虑。 开关电源纹波的测量 基本要求:使用示波器AC耦合,20MHz带宽限制,拔掉探头的地线 1,AC耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。 2,打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。 3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。 还有一点是要使用50Ω终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω模块是除去DC成分,精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量,影响暂时不清楚。 上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可。 关于示波器: 有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因,无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆,但表现要比数字示波器好。 泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件,可以看一下参考资料5。同样,关于

如何降低电源纹波噪声的分析与应用

如何降低电源纹波噪声的分析与应用 一、什么叫纹波? 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量; 它主要有以下害处: 1、容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 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。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 例如:一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,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/12V=0.12 %; 三、纹波的测试方法 以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关

纹波测试档

标签:POWER 关于纹波测试的相关问题 对于纹波测试是一个老生长谈的问题.个人总结如下: 1, 电源输出纹波的分解为,首先是工频和整流频率50HZ,100HZ及期整数倍的谐波部分;其次是开关纹波部分,即PWM产生的开关纹波,一般在30KHZ~500KHZ,根据开关频率不同而不同;第三是噪声和杂讯电压信号; 对于AC/DC的测试,通常会采用加电解电容和电阻滤波47UF,1Koum等不同的方法. 具体操作和原理如下: 一所谓纹波电压,是指输出电压中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用,可以使整流滤波后的纹波电压大大降低,降低的倍数反比于稳压系数S 。 问题:如何测量电源纹波? 回答:可以先用示波器将整个波形捕获,然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可),同时还要利用示波器的F FT功能从频域进行分析。 1.最大纹波电压。 在额定输出电压和负载电流下,输出电压的纹波(包括噪声)的绝对值的大小,通常以峰峰值或有效值表示。 2.纹波系数Y(%)。 在额定负载电流下,输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比,既y=U mrs/Uo x100% 3.纹波电压抑制比。 在规定的纹波频率(例如50HZ)下,输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比,即: 纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。 这里声明一下:噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关

频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak) 值表示,一般在输出电压的0.5%以下;噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值 表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。 二.纹波噪声(涟波杂讯电压)(Ripple & Noise)%,mv 2.1定义: 直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。 2.2测试条件: I/P: Nominal O/P : Full Load Ta : 25℃ 2.3说明: 2.3.1示波器之GND线愈短愈好,测试线得远离PUS。 2.3.2使用1:1之Probe。 2.3.3 Scope之BW一般设定于20MHz,但是对于目前的网络产品测试纹波噪声最好将BW 设为最大。 2.3.4 Noise与使用仪器,环境差异极大,因此测试必须表明测试地点。 2.3.5测试纹波噪声以不超过原规格值+1%Vo。 开关电源纹波的产生 我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度,达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。 上图是开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源。 随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指

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