开关电源纹波测试方法
纹波测试方法
铝基板输出纹波-噪声的测试方法
开关电源的输出端存在差模和共模两种噪声，同时，测量纹波噪声时容易受到环境中随机噪声及电源辐射噪声的影响。
因此，为了客观地测量开关电源输出的纹波－噪声，业内通常采用平行线测试法和双绞线测试法。
邮电部推荐的双绞线测试法如图（1）所示;贝尔实验室推荐的针对半砖铝基板系列模块的平行线测试法如图（2）所示。
图（1）
图（2）
对于铝基板，我司采用图（2）所示的平行线测试法。
具体要求为：
1。
两条平行铜箔带的长度为51mm （2in.）到76mm(3in.)之间。
2。
两条平行铜箔带的间距为2.54mm(0.1in.)。
3。
合理地设置铜箔带的厚度和宽度，确保电流在两条铜箔带的总压降小于模块输出电压的2%。
4。
在铜箔带上距离模块输出端25.4mm(1in.)处安装高频特性良好的1uF瓷片电容（X7R或者X5R）或金属膜电容（C1）。
在铜箔带的后端安装10uF（C2）钽电容。
5。
在铜箔带上距离模块输出端51mm(2in.)到76mm（3in.)处安装测试点。
V（+）测试点和V（-）测试点的间距为6.4mm(1/4in.)。
6。
示波器采用20MHz带宽测量。
7。
测试采用探头靠接法；或者采用差分探头测试，如图（3）所示。
图（3）。
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FFT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）%，mv2．1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。
电源纹波测试总结
请问什么叫纹波？怎样测量纹波？纹波的定义：由于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。
对于电容器老练来说，无论是那一种纹波，只要不是太大，一般对电容器老练质量不会构成影响。
而对程控机电源或音响设备中所使用的电源，由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音。
因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。
而对于音频范围内的类似正弦波的纹波信号，虽然其幅度不是太高，但其能量却使喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音。
因此对这种形态的纹波应有一定的要求，而对于用于一些控制的场合，由于窄脉冲达到一定的高度会干扰数字或逻辑控制部件，使设备运行的可靠性降低，因此对这种窄脉冲的幅度应有一定的限制，而对类似正弦波的纹波，一般由于其幅度较低，对控制部件的干扰不大。
纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示，可以用绝对量，也可以用相对对量来表示。
例如一个电源工作在稳压状态，其输出为100V5A，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/输出压=10mv/100V=0.01%，即等于万分之一。
事实上，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。
要体验，可以用示波器来看，就会看到电压上下轻微波动，就像水纹一样，所以叫做纹波。
一般使用交流毫伏表来测量纹波电压，因为交流毫伏表只对交流电压响应，并且灵敏度比较高，可测量很小的交流电压，而纹波往往是比较小的交流电压。
电源纹波的检测及影响
电源纹波的检测及影响
电源的输出纹波与噪声跟测量方法存在很大的关系，测量方法的不同或方法的正确与否会存在很大的差异，我公司推荐用以下的方法测量：
示波器：20MHz带宽，如果使用20MHz带宽以上的示波器，请使用带宽限制功能限制在20MHz，（特殊要求的提前说明除外）在这个带宽测试下测试合格的电源产品能满足绝大多数设备的需要。
测试方法：电源应在输入电压范围以内，输出为纯阻性负载，测试时应使示波器探头靠接在电源的输出端子上，以避免辐射和共模噪声对测量的干扰，靠接方法见下图：
测试的结果一般是纹波较小，噪声会相对比较大，因为开关电源的工作原理决定，开关电源的纹波噪声不可能没有，所以用户在选用电源时只要电源的纹波噪声不影响系统的工作即可，因为过高的要求较小的纹波噪声会影响电源的转换效率，使电源的发热量增大，从而缩短电源的使用寿命。
如果用户的确需要较小的纹波噪声，最好与厂家联系订做，不要在市场上寻觅，因为特殊要求的电源市场上是找不到的。
但有一点应注意，如果测试发现电源的纹波较大，大于厂家给定值，且呈现正弦
波的状态，则此电源可能存在问题，应与厂家联系，不要将就使用。
开关电源波纹的产生、测量及抑制
开关电源波纹的产生、测量及抑制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。
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50?终端。
横河示波器的资料上介绍说，50?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100K?到10M?的探头测量，影响暂时不清楚。
电源纹波的测量
电源纹波的测量71．开关电源输出电压的纹波是一个重要的指标，如何正确使用示波器来测量这个指标？答：纹波的定义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，英文称为 PARD (Periodic And Random Deviation)。
它的定义是杂波的峰峰值。
测量纹波要注意的事项：示波器探头地线会带来很大纹波，应该拔掉地线直接使用探头内地线进行测量。
当然，最好的测量方法是使用50欧姆终端电阻，用BNC电缆直接联结到示波器，这里应该注意该50欧姆电阻要考虑功耗，可能要大功率电阻。
相关的标准要求，比如是否要分出周期性工频纹波和开关纹波，高频噪声等。
再比如，测量频率是否要限制在20MHz以下。
72．测纹波时有很大一部分是５０赫兹的周期性尖脉冲，负载电流越大，脉冲幅度越大，有哪些具体的解决办法？答：在泰克功率测量系统中，当进行纹波测量时，我们可以选择工频纹波测试或开关纹波测试，这样就可自动滤掉不相关频率的纹波，比如：选择测试200KHz的纹波，那么示波器将会自动对其他频率成分进行滤波。
73．测量纹波时怎样去除在纹波上的噪声，比如工频噪声？答：纹波上的噪声可通过TDS5000示波器在捕获模式中的高分辩率捕获模式就可以去除这些随机的噪声。
纹波分两种一种是工频的，100HZ，一种是开关纹波。
TEK推出的TDSPWR2就能把这两种纹波分离后分别测量得出结果。
74．精确测试开关电源的纹波与噪音时，是否要在专门的实验室里才可以？答：当然如果有专门的实验室进行纹波测量是最理想的。
在不具备这个条件的时候应当注意的问题有：①示波器应该有良好的接地；②如果测量标准有带宽限制的要求，应该打开TDS430A中的20MHz带宽限制；③使用示波器的交流耦合；④使用BNC电缆，并用TDS430A的50欧姆输入阻抗档进行测量（这时可能需要50欧姆的大功率负载，BNC适配器或者制作测试夹具）为提高测量精度，不应该使用示波器的探头，示波器探头的地线会引入比较大的噪声。
开关电源纹波的测量
开关电源纹波产生分析
随着Switch的开关，电感L中的电流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，频率是输出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。
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（用锡一端接地，另一端缠绕在探头上5圈），是为了减少干扰。
很多部门没有接地环，如果误差允许也可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。
开关电源的纹波和噪声
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。
一．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 纹波和噪声的波形二．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），但是各生产厂家都采用示波器测量法，仅测量装置上不完全相同，因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准，即企业标准。
用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。
它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。
有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。
图2 示波器测量框图从图2来看，似乎与其他测波形电路没有什么区别，但实际上要求不同。
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开关电源纹波测试方法
一、开关电源纹波测试方法
1、测试目标：测试开关电源的纹波性能是否达到要求。
2、测试仪器：普尔兹技术有限公司电能质量分析仪（详见附录1）
3、测试环境：
（1）室内温度：常温
（2）室内湿度：50％
（3）室内噪声：小于50dB
4、测试电源：
（1）电源输入电压/频率：220V/50HZ
（2）电源输出电压：2-4V
（3）电源纹波含量：小于90%
5、测试步骤：
（1）打开电源，将电能质量分析仪连接到电源输出端，调节参数；
（2）调节电源输出电压，设置测试频率，启动电能质量分析仪；
（3）在电能质量分析仪画出纹波图像，观察纹波的形状，测量纹波峰峰值，以及与基波比值，判断纹波是否符合要求；
（4）统计纹波含量，如果小于90%，则测试合格，否则测试不通过。
6、注意事项：
（1）测试前，应将电能质量分析仪的参数调节至合适的状态；
（2）测试过程中，应注意安全，不要接触电源的电极；
（3）测试结束后，应将电能质量分析仪的参数调节至合适的状态，以保证测试仪器的精度。