电源纹波的产生、测量和抑制

    在用以上方法连接测量时要注意：首先，根据要求规定示波器测量纹波的带宽上限，以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声，一般带宽上限设为20MHz，为了滤除叠加的直流电压，采用AC耦合输入方式；其次，摘掉探针的“帽子”，直接用探头的屏蔽地和信号输出地连接，减短长接地引线形成的天线；为减小探头感应的影响,多数情况下都采用在探头接入点的位置并联小电解电容和瓷片电容，并联电容可以减少外界干扰信号进入示波器，也可以将一段短线绕在探针接地引线周围，并使之与电源地相连接。这样做的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度，从而进一步减少高频拾取。此外，把示波器引线绕在铁芯上可减小共模电流，因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感，在隔离电源中，真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的，这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降，表现为纹波。

3.2 交流毫伏表测量电源纹波
    用交流毫伏表来测量纹波电压，是因为毫伏表只对交流电压响应，并且灵敏度高，可测量很小的交流电压，而纹波往往是比较小的交流电压。毫伏表可直接读出纹波电压的有效值、峰值和平均值。但结果与毫伏表的频响有关，在使用交流数字电压表时,要注意其频响范围,不同范围会有不同的测量结果。

4  电源纹波抑制 

    抑制纹波电压的通常做法是，加大滤波电路中电容容量，或采用LC滤波电路，或采用多级滤波电路；以线性电源代替开关电源；合理布线等。但如果能有针对的采取措施可能会起到事半功倍的效果。

4.1 低频纹波的抑制
    对开关电源来说，可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。低频纹波是输入整流纹波通过DC/DC变换器传递到输出的,它的大小取决于整流滤波电容器的电容量和反馈调节回路的调节器性能。根据开关电源的公式，输出纹波和输出电容值成反比，电感内电流波动大小和电感值成反比。所以加大电容值和电感值可以减小输出纹波。适当配置调节器的参数,增大交流反馈,也可以有效地降低纹波。

4.2 高频纹波的抑制
    输出纹波从频谱上分主要由低频纹波、开关频率纹波和尖峰三个方面组成。而尖峰是纹波的主要部分,它的大小基本决定了纹波的大小。因为高频变压器初级、次级存在漏感,开关管在导通和截止的瞬间,漏感中的电流无法释放便产生了尖峰。整流尖峰的产生原因是高频整流管的PN结存在结电容,整流管在导通和截止的瞬间,结电容的充放电也会产生尖峰。从示波器中可看到开关电源输出尖峰的频率约50MHz～100MHz,远高于滤波电感器的截止频率,不能用常规的电感滤波方式来解决。实际工作中只能采取减小变压器漏感和采用软恢复特性的高频整流管；采用高频滤波器；采用多级滤波；提高开关电源工作频率。

4.3 共模纹波的抑制
    对于共模纹波嗓声的常用方法:
    （1）减小控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出端加共模抑制电感及电容；
    （2）采用EMI滤波器；
    （3）降低开关毛刺幅度。

4.4 控制环路的抑制
    控制环路参数不适当会引起纹波，当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波。此纹波电压一般没有固定的频率。抑制方法有：
    （1）调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大；
    （2）合理选择环路的放大倍数。放大倍数过大会引起调节器的振荡或自激,使输出纹波增加,放大倍数过小使输出电压稳定性变差,所以调节器的放大倍数的参数要合理选取,调试中应根据负载状况进行调节。
    （3）低噪声低压差线性调节器(LDO)。电源输出端接LDO滤波，这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但成本很高，功耗较大。4.5 PCB设计
    开关电源的PCB设计非常重要，PCB分布参数会导致调整误差或滤波效率变差，严重时甚至可能导致自激（一般在特定的负载下发生）。原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC，PCB走线不可太长、太细。

5  结语 

    电源几乎对于每种电子产品都必不可少，电源的性能对一个大型系统产生重要的影响。要确保高可靠性、稳定性、兼容性、安全性，测量是唯一的办法。通过有效的测量和分析，才能保证得到理想的产品。
    
参考文献

[1]陶生桂等.直流开关电源纹波分析.城市轨道交通研究,2003年第4期.
[2]徐焕蓉. 直流稳压电源的纹波测量问题.计测技术,2008年第28卷第5期.
[3]董玉林等.开关电源纹波和噪声的抑制.辽宁工业大学学报,2008年10月第28卷第5期.