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关于电源纹波的那些硬核内容都在这里了

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青光|  楼主 | 2023-2-26 19:28 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

电源纹波产生原因



我们常见的开关电源,是输入的交流电压经过整流、稳压、滤波等处理后得到的,虽然经过了处理,但直流电平上还是会有周期性和随机性的杂波信号,这些我们不需要的部分就是纹波。





开关电源的纹波是随机信号,随着时间变化在直流输出电平上来回波动的交流量,周期和幅值不是固定的。


这里需要和电源噪声相区别,电源噪声一般是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。电源纹波是低频噪声,测量需要将带宽限制在20MHz,而电源噪声测量需要将带宽限制取消,全带宽测量。


为什么电源纹波是低频?这是因为整个电源分配网络上分布着不同容值的电容,产生着寄生效应,形成了类似于低通滤波器,所以电源的高频分量不高。




电源纹波的危害



实际的产品运行中,纹波是需要我们注意管控的部分,那纹波有哪些危害:



①降低电源的使用效率

②干扰电路的逻辑关系

③加大设备的错误运行几率


电源纹波的测量


既然纹波存在危害,那我们需要做什么测试,来保证纹波的影响符合产品设计要求。


测量要求


纹波测量有环境要求,除了我们常说的温湿度,即室温(20℃左右)和湿度(<80%),还有测试产品放置时间(≥24H),震动和电磁干扰小等要求。不同的环境会测出不同结果,当然不同的产品有不同的标准。比如,产品是否需要做负载测试。消费类产品,不做负载测试,这是有区别的。


测量标准


电源纹波的测量方法通常分为两类,一类是单独电源的测量,另一类是产品的调试测量。纹波电压可以用绝对量表示,也可用相对量来表示。常用的就是纹波系数,纹波电压与直流输出电压的比例,就是纹波电压的有效值与直流输出电压的百分比,来评估直流电源的滤波性能。一般测试纹波的标准是≤5%。


测量点的选择


测量点选择可以从下面的方向考虑:


①选取靠近负载且离电源源端较远的去耦电容

②尽量选取封装小的电容(0201)

③不同容值要保证有测试点


测量注意点



①带宽选择


在测量时,要先打开示波器的带宽限制功能,把带宽限制在20MHz,避免高频噪声影响纹波测量。用探头的屏蔽地和输出地连接,减少因地线过长产生的环路干扰。


在探头的正负极之间,并联一个0.1uF的电容,这也是限制带宽的一种方法,用于滤除高频信号。


②探头接地处理


保证探头接地尽量短。探头都有一个接地夹,它与探头正极形成的环路,环路面积越大,其他信号分量就越多,噪声辐射到信号的回路中的可能性越大,导致错误的测试结果。


还有一种说法,如果板子上的高频信号穿过,会在示波器上形成比噪声信号还要大的电压,因此测量纹波这种小信号时,一定要保证这个环路越小越好。


探头测试纹波的时候,地线的处理都尤为关键,否则会通过地线引入不必要的噪声。最好的缩短接地路径的方法是用接地环。


③探头的档位选择


探头有X10和X1档位,电源纹波测试选择X1。这是因为如果使用10X探头,信号在探头先衰减10倍,进入示波器后再放大10倍。对于小信号而言,衰减10倍后,这部分信号很有可能就隐藏在底噪里面了。


示波器输入信噪比计算公式:




假设我们输入一个10mV随机输入信号,也可能是噪声。这时候示波器的随机噪声是200uV,代入信噪比公式。


10X衰减探头的SNR:





1X衰减探头的SNR是:





由此可以看出,1X探头能获得更好的信噪比,也就更能准确还原低频信号。




电源纹波的抑制


抑制电源纹波的通常方法:增加滤波电容、减小器件的寄生电容、采用多级滤波电路、合理布局布线等。


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LED2013 2023-2-26 23:07 回复TA
要看懂所有的纹波太难了 

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沙发
王栋春| | 2023-2-26 22:35 | 只看该作者
原来没有系统了解过的资料,多谢楼主分享。        

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板凳
打工人2| | 2023-2-26 23:27 | 只看该作者
多谢分享。。。。

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地板
klbyf| | 2023-2-27 08:26 | 只看该作者

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jlc317| | 2023-2-27 10:08 | 只看该作者
多谢

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6
商周| | 2023-2-27 11:13 | 只看该作者
多谢多谢

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储小勇_526| | 2023-2-27 13:39 | 只看该作者
准备想做设备升级,在考虑一个问题,小信号放大部分运放的电源问题,到底是选用开关电源还是线性电源,用示波器去探测,感觉开关电源的纹波也不是很大,很纠结~~~

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