电源纹波测试总结.docx
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电源纹波测试总结.docx
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电源纹波测试总结
电源纹波测试总结
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简单地说,就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。
纹波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。
它们虽然在概念上不是一回事,但它们之间有联系。
如电源上附加的纹波在用电器上很容易产生各频率的谐波;电源中各频率谐波的存在无疑导致电源中纹波成分的增加。
除了在电路中我们所需要产生谐波的情况以外,它主要有以下主要危害:
1、使电网中发生谐振而造成过电流或过电压而引发事故;
2、增加附加损耗,降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率;
3、使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器等)运行不正常,加速绝缘老化,从而缩短它们的使用寿命;
4、使继电保护、自动装置、计算机系统及许多用电设备运转不正常或不能正常动作或操作;
5、使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量;
6、干扰通信系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正常传递,甚至损坏通信设备。
纹波的害处:
1、容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生较多的危害;
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。
总之,它们在我们不需要的地方出现都是有害的,需要我们避免的。
对于如何抑制和去除谐波和纹波的方式方法有很多,但想完全消除,似乎是很难办到的,我们只有将其控制在一个允许的范围之内,不对环境和设备产生影响就算达到了我们的目的。
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。
1)、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。
2)、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。
电源纹波噪声测试方法
我们今天的电子电路(比如手机、服务器等领域)的切换速度、信号摆率比以前更高,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。
主题:
电源纹波正确的测量方法
DC-DC模块的电源纹波指标是一项很重要的参数。
干净的电源是数字电路稳定工作的前提,也是模拟器件的各项参数的重要保障。
为了确定我们的电源干净,必须对DC-DC模块的输出纹波进行测量。
但很多人测量得到的纹波值动辄上百mV,甚至几百mV,远远比器件手册提供的最大纹波值大,这主要是测量方法的不正确造成的。
1正确的测量方法
1、限制示波器带宽(一般示波器都有带宽限制功能,Tek的中低端示波器为20MHz,
Agilent的为30MHz或25MHz),目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量,
尽量保证测量的准确性;
2、设置耦合方式为交流耦合,方便测量(不关心直流电平);
3、保证探头接地尽量短(测量纹波动辄上百mV的原因就是接地线太长)。
目前比较流行的方法是拆除探头的接地线和外壳,露出探头地壳,自制接地线缠绕在探头地壳上,可以保证接地线长度小于1cm;
4、示波器地悬空,只通过探头地与单板共地,不要通过其他方式与单板/仪器/PC等共地(这样会给纹波测量引入很大的地噪声)。
如:
通过示波器三线插头的地插针在插线板上与其他仪器共地,或者通过接地线连接示波器地与其他仪器的地。
其中第3条是关键中的关键。
接地线过长,其电感效应将给测量系统引入额外的噪声,
下图为证:
上图探头接地线的电感效应
2对仪器的要求和示波器参数要求:
支持带宽限制功能,Tek20MHz;Agilent25或30MHz。
探头参数要求:
带宽100M即可。
考虑到尽量少引入EMC噪声以及测试方便。
为了使接地线尽量短,尽量使用探头的原装测试短针,若无原装测试短针,则须自制短接地线:
去除探头接地线套,用金属丝自行绕制接地短线,推荐五类线中铜丝,强度适中(还是有些偏软,有更好的请推荐)。
其他候选有焊锡丝、刻刀。
3真正的纹波应该是什么样子?
以下各图可以让大家对纹波的相貌大概有个感性认识。
被测DC-DC模块最大功耗
100W,实际工作60W,输出5.5V与3.3V两路。
共3个型号。
LQD25A48-5V0-3V33.3V输出纹波
LQD25A48-5V0-3V35.5V输出纹波
Q48DR3R350NRA3.3V输出纹波
Q48DR3R350NRA5.5V输出纹波
DQ65033QGL103.3V输出纹波
DQ65033QGL105.5V输出纹波
纹波和噪声的关系及区别
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,主要使以辐射的形式存在.杂噪是一种常用的通俗说法.其共性就是具有随机性的.但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而杂波则不是.
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(下文有ESR的讲解).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(peaktopeak)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(peaktopeak)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(peaktopeak)值表示,一般在输出电压的2%以下.
电容的ESR是什么意思
[导读] ESR,是EquivalentSeriesResistance三个单词的缩写,翻译过来就是“等效串连电阻”。
理论上,一个完美的电容,自身不会产生任何能量损失,但是实际
关键词:
ESR电容
ESR,是EquivalentSeriesResistance三个单词的缩写,翻译过来就是“等效串连电阻”。
理论上,一个完美的电容,自身不会产生任何能量损失,但是实际上,因为制造电容的材料有电阻,电容的绝缘介质有损耗,各种原因导致电容变得不“完美”。
这个损耗在外部,表现为就像一个电阻跟电容串连在一起,所以就起了个名字叫做“等效串连电阻”。
ESR的出现导致电容的行为背离了原始的定义。
比如,我们认为电容上面电压不能突变,当突然对电容施加一个电流,电容因为自身充电,电压会从0开始上升。
但是有了ESR,电阻自身会产生一个压降,这就导致了电容器两端的电压会产生突变。
无疑的,这会降低电容的滤波效果,所以很多高质量的电源啦一类的,都使用低ESR的电容器。
同样的,在振荡电路等场合,ESR也会引起电路在功能上发生变化,引起电路失效甚至损坏等严重后果。
所以在多数场合,低ESR的电容,往往比高ESR的有更好的表现。
不过事情也有例外,有些时候,这个ESR也被用来做一些有用的事情。
比如在稳压电路中,有一定ESR的电容,在负载发生瞬变的时候,会立即产生波动而引发反馈电路动作,这个快速的响应,以牺牲一定的瞬态性能为代价,获取了后续的快速调整能力,尤其是功率管的响应速度比较慢,并且电容器的体积/容量受到严格限制的时候。
这种情况见于一些使用mos管做调整管的三端稳压或者相似的电路中。
这时候,太低的ESR反而会降低整体性能。
ESR是等效“串连”电阻,意味着,将两个电容串连,会增大这个数值,而并联则会减少之。
实际上,需要更低ESR的场合更多,而低ESR的大容量电容价格相对昂贵,所以很多开关电源采取的并联的策略,用多个ESR相对高的铝电解并联,形成一个低ESR的大容量电容。
牺牲一定的PCB空间,换来器件成本的减少,很多时候都是划算的。
和ESR类似的另外一个概念是ESL,也就是等效串联电感。
早期的卷制电感经常有很高的ESL,而且容量越大的电容,ESL一般也越大。
ESL经常会成为ESR的一部分,并且ESL也会引发一些电路故障,比如串连谐振等。
但是相对容量来说,ESL的比例太小,出现问题的几率很小,再加上电容制作工艺的进步,现在已经逐渐忽略ESL,而把ESR作为除容量之外的主要参考因素了。
顺便,电容也存在一个和电感类似的品质系数Q,这个系数反比于ESR,并且和频率相关,也比较少使用。
由ESR引发的电路故障通常很难检测,而且ESR的影响也很容易在设计过程中被忽视。
简单的做法是,在仿真的时候,如果无法选择电容的具体参数,可以尝试在电容上人为串连一个小电阻来模拟ESR的影响,通常的,钽电容的ESR通常都在100毫欧以下,而铝电解电容则高于这个数值,有些种类电容的ESR甚至会高达数欧姆。
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