電源紋波測量及抑制方法研究

摘 要：目前人類對電源的使用率越來越高，因?yàn)樗芙o人們帶了電能，但隨之而來的也給電子產(chǎn)品帶來了噪聲等影響。電源紋波容易使線路電流過大或電壓過大，危害電子設(shè)備。另一方面還容易引起噪聲干擾，影響設(shè)備正常工作。因此在設(shè)計(jì)電源時都要想辦法盡量減小紋波。為此了解紋波的產(chǎn)生原因、測量方法找到抑制方法就顯得至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：電源；紋波；危害；抑制

1 電源紋波

紋波是指人們在使用直流電源時因?yàn)殡娮与s波等原因而產(chǎn)生的交變信號，指在輸出電壓、電流一定的情況下，輸出的交變雜波信號電壓的幅值。

用示波器檢測紋波我們可以看到，紋波在直流上下輕微波動，就像波紋一樣，所以被稱為紋波。

1.1 紋波產(chǎn)生原因

開關(guān)電源由于效率高等因素，越來越受到青睞。開關(guān)電源輸入的是交流電，需要經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后變成直流電。但是由于開關(guān)管的每一次通斷都會引起波動，輸出的直流信號中或多或少會含有少量的交流成分，這些波動就形成了紋波。紋波與人們使用的正弦交流電不同，它的頻率和幅值時間變化而變化，因此不同廠家出廠的直流電源由于制作過程，所用材料、制作原理不同而產(chǎn)生的紋波波形都不同。

開關(guān)管的瞬時通斷、變壓器漏感、電子儀器等都會產(chǎn)生電源紋波，而開關(guān)管的通斷是產(chǎn)生紋波的主要原因。即使我們直接使用直流電源供電，由于電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生信號波動而產(chǎn)生紋波。我們某些電子儀器由于其PCB板布局不合理、走線方式的不同也都會引起紋波產(chǎn)生。

1.2 紋波的危害

人們在使用某些電子產(chǎn)品時經(jīng)常會遇到以下現(xiàn)象：聽音樂時經(jīng)常聽到嗡嗡的雜音、打電話經(jīng)常能聽到一些雜音、看電視時信號不穩(wěn)定常常出現(xiàn)橫條上下滾動，以上現(xiàn)象的產(chǎn)生原因都是波紋。紋波電壓可能會引起電子設(shè)備共振，使電子產(chǎn)品不能正常工作；也會使電源利用率下降；還影響模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換；干擾信號的輸出等等。紋波電壓太高有可能燒毀電子產(chǎn)品。要想解決這個問題，必須對電源紋波進(jìn)行測量。

2 電源紋波測量

電源紋波的測量是通過單獨(dú)電源的鑒定進(jìn)行的。在工作人員對電源紋波數(shù)值測量時，一般需要合適的溫度、特定的環(huán)境，并且把周圍有可能引起的噪聲、電磁干擾給屏蔽掉，測量儀表與被測電源應(yīng)在一定的環(huán)境下放一段時間。對直流電源而言，如果要測量紋波，還要求用電設(shè)備要使輸出電流超過額定輸出電流的一半以上。

紋波電壓可以用相對量也可以用絕對量來表示。電源的紋波系數(shù)等于紋波電壓幅值與直流電壓幅值之比。比如一個電源工作在正常狀態(tài)，其輸出為20V/1A，測得紋波的有效值為20mV，這20mV就是紋波的絕對量。而相對量即紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓=20mv/20V=0.1%。電源紋波可以用電流表或示波器來檢測。

示波器測量電源紋波：

用示波器對電源紋波測量的連線方式有以下兩種：

靠連法：首先去除示波器夾子以及接地線，采用接地環(huán)或不采用都可，然后在示波器探頭上并聯(lián)兩個電容（電容量視具體情況而定），使用示波器探頭直接進(jìn)行測量。這種方式因?yàn)檫^濾了部分雜波，因此效果較好。

直連法：首先去除示波器夾子以及接地線，采用接地環(huán)或不采用都可，直接使用示波器探頭直接進(jìn)行測量。

3 電源紋波抑制

要想抑制電源紋波，可以采用濾波法，因?yàn)榧y波其實(shí)就是交流信號，采用濾波器就可以實(shí)現(xiàn)。一種方法是提高濾波電路中并聯(lián)多個電容量，用多級濾波電路來實(shí)現(xiàn)，但這種方法只適用于小功率開關(guān)電源。另外，PCB合理布局也可以降低電源紋波。

3.1 高頻紋波的抑制

高頻紋波主要來源于高頻功率開關(guān)轉(zhuǎn)換電路。而低頻波紋和開關(guān)頻率波紋影響不大，而尖峰在整個電路中影響較大，消除尖峰也就能抑制高頻紋波。紋波的大小主要受尖峰大小決定。一次繞組產(chǎn)生的磁通不能完全通過鐵芯傳遞給二次繞組，而形成漏磁，產(chǎn)生漏磁的電感就是漏感。電子管在每一次通斷的瞬間，漏感中的電流因?yàn)闊o法流出便產(chǎn)生了尖峰。漏磁中的電流因?yàn)闊o法流出便產(chǎn)生了尖峰。通過示波器可以看出，線性電源輸出尖峰的頻率遠(yuǎn)高于電容器的濾波頻率，采用常規(guī)的電容解決不了問題。在實(shí)際工作中常常通過降低高頻變壓器漏磁和采用恢復(fù)特性較好的高頻晶體管。

3.2 控制環(huán)路的抑制

選擇合適的控制環(huán)路參數(shù)影響電壓紋波，電源輸出端收到外界影響出現(xiàn)波動時，容易使紋波通過反饋環(huán)節(jié)進(jìn)入調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器受到紋波的影響而產(chǎn)生自激振蕩。此紋波電壓一般沒有固定的頻率。抑制方法有：

通常采用的減少紋波有效的辦法是改變以前的反饋系統(tǒng)，采用先進(jìn)的低壓調(diào)節(jié)器濾波，但成本較高，功耗也較大。

另外，良好的電源的PCB設(shè)計(jì)也對抑制紋波起到一定作用，因?yàn)镻CB分布參數(shù)不同會導(dǎo)致調(diào)濾波效率降低，嚴(yán)重時甚至可能引起電源自激振蕩。正確方法是濾波電路要盡量靠近開關(guān)電源芯片，PCB布局應(yīng)合理，走線正確，不要太細(xì)太長。

4 結(jié)束語

目前人類對電源的使用率越來越高，因?yàn)樗芙o人們帶了電能，但隨之而來的也給電子產(chǎn)品帶來了噪聲等影響。因此，電源的性能往往能影響著一個電路系統(tǒng)。而紋波是影響電源的性能一個重要因素，研究紋波，并抑制紋波產(chǎn)生，才能保證得到理想的產(chǎn)品。

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作者簡介：吉強(qiáng)（1985-），山東臨沂人，研究生學(xué)歷，講師職稱，現(xiàn)在江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院從事教學(xué)工作。