开关电源纹波标准与规范测试说明

电源纹波测试

以20M示波器带宽为限制标准，电压为PK-PK(也有测量有效值的)，去除示波器控制头上的夹子和地线(因为夹子和地线本身会形成一个环，比如天线接收杂信，引入一些不必要的杂信)，使用接地环(不使用接地环也可以，但要考虑误差)，在探头上并联10。UF电解电容和0.1UF瓷片电容，直接用示波器探头测试；如果示波器探头不直接接触输出点，应使用双绞线或50Ω测量同轴电缆

纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中非常重要的标准。特别是对于特殊用途的电源，如激光电源，纹波是其致命的关键之一。因此，电源纹波的测试非常重要。

电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量方法；另一种是电流信号测量方法。

电压信号测量法可用于恒压源或纹波性能要求较小的恒流源。对于纹波性能要求较高的恒流源，最好采用电流信号测量法。

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的电压信号。对于恒流源的测试，一般采用电压探头测量采样电阻两端的电压波形。在整个测试过程中，示波器的设置是否能采样到真实信号的关键。

所用仪器为：配有电压测量探头TDS1012B示波器。测量前应设置以下设置。

1.通道设置：

耦合：即通道耦合的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号。因此，我们可以通过测试纹波信号来删除直流信号，并直接测量叠加的交流信号。

宽带限制：关闭

探头：首先选择电压探头。然后选择探头的衰减比。必须与实际使用的探头的衰减比一致，以便从示波器中读取的数字是真实数据。例如，将电压探头放置在×这里的探头选项也必须设置为10档×10档。

2.触发设置：

类型：边沿

信源：实际选择的通道，如准备CH测试1通道时，应选择此处CH1。

斜率：上升。

触发：如果实时观察纹波信号，则选择自动触发。示波器会自动跟随实际测量信号的变化并显示。此时，您还可以通过设置测量按钮实时显示您需要的测量值。但是，如果您想在测量过程中捕捉信号波形，则需要将触发设置为正常触发。此时，还需要设置触发电平的大小。一般来说，当你知道你测量的信号峰值时，将触发电平设置为测量信号峰值的1/3。如果不知道，触发电平可以设置得稍微小一点。

耦合：直流或交流…？(似乎没有区别)

3.采样长度(秒/格):

采样长度的设置决定了是否可以采样到所需的数据。当设置的采样长度过大时，实际信号中的高频成分将被遗漏；当设置的采样长度过小时时时，只能看到测量的实际信号的局部部分，也无法获得真实的实际信号。因此，在实际测量中，需要来回旋转按钮，仔细观察，直到显示的波形是真实和完整的波形。

4.采样方式：

可根据实际需要设置。例如，需要测量纹波P-P最好选择峰值 测量方法。也可根据实际需要设置采样次数，这与采样频率和长度有关。

5.测量：

示波器可以通过选择相应通道的峰值测量来帮助您测量所需的数据和 显示。同时也可以选择频率、最大值、均方根值等。

所需的纹波信号必须通过合理设置和标准化的示波器操作获得。但在测量过程中，必须注意防止其他信号干扰示波器探头本身，以免测量的信号不够真实。

通过电流信号测量法测量纹波值是指测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于对纹波指纹波指标的恒流源，即需要较小纹波的恒流源，可以通过直接测量电流信号获得更真实的纹波信号。与电压测量方法不同，这里还使用了电流探头。例如，继续使用上述示波器，添加电流放大器()和电流探头。此时，输出电流的纹波信号只能通过电流探头夹住输出到负载的电流信号来测量。示波器和电流放大器的设置与电压测量法一样，是在整个测试过程中采样真实信号的关键。

事实上，示波器的基本设置和用法与上述方法相同。不同的是，探头在通道设置中的设置也不同。在这里，需要选择电流探头。然后，探头的比例必须与放大器设置的比例相同，以便从示波器中读取的数量是真实数据。例如，所用放大器的比例设置为5A/V，此时，示波器也需要设置为5A/V。至于电流放大器的耦合方式，当示波器的通道耦合选择为交流耦合时，可以在这里选择交流或直流。需要注意的是，在打开电流放大器之前，器，再打开电流放大器。使用前记得先消磁电流探头。

如何准确测量电源纹波？

在图 1 在示例中，一名初级工程师完全错误地使用了示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，有大量的高速、大信号电压和电流波形，可以很容易地与探针耦合，包括耦合自电源变压器的磁场、耦合自开关节点的电场和变压器绕组电容器产生的共模电流。

1.采用长接地线的示波器探针。

2.将探针和接地线形成的电路靠近功率变压器和开关元件。

3.允许在示波器探针和输出电容之间形成额外的电感。

正确的测量方法可以大大提高测得的纹波结果。首先，通常使用带宽限制来规定纹波，以防止拾取非真实的高频噪声。用于测量的示波器应设置正确的带宽限制。其次，取下探针帽，形成拾波器(如图所示 2 所示)，我们可以消除由长接地引线形成的天线。在探针接地连接点周围缠绕一小段线，并将接地连接到电源。这样可以缩短暴露在电源附近高电磁辐射的端长，进一步减少拾波。

最后，通过探针接地连接点产生大量的共模电流。这在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成压降，表现为纹波。为了防止这个问题，我们需要特别注意电源设计的共模滤波。此外，在铁氧体磁心周围缠绕示波器导线也有助于最小化这种电流。这样形成了共模电感器，既不影响差分电压测量，又减少了共模电流引起的测量误差。图 2 采用改进的测量方法，显示了完全相同电路的纹波电压。这样，真正消除了高频峰值。

事实上，集成到系统后，电源纹波的性能甚至会更好。电感几乎总是存在于电源和系统的其他组件之间。这种电感可能存在于布线中，或者只存在于蚀刻中 PWB 上。此外，芯片周围总是有额外的旁路电容，即电源负载。两者共同构成低通滤波器，进一步降低电源纹波和/或高频噪声。在极端情况下，电流短时流通 15 nH 电感和 10 μF 当旁路电容器的一英寸导体时，滤波器的截止频率为 400 kHz。这意味着高频噪声将大大降低。在许多情况下，滤波器的截止频率低于电源纹波频率，可能会大大降低纹波。经验丰富的工程师应该能够在测试过程中找到如何使用这种方法。

电源输出纹波简介

在理想状态下，电源输出的直流电压应为固定值， 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，或多或少会有剩余的交流成分，这种包含周期性与随机性成分的杂波信号我们称之为纹波。较大的纹波会影响CPU与GPU工作正常，值越小越好。

● 确定纹波的标准

Intel在ATX12V 2.31规范中规定 12V输出纹波不得超过120毫伏， 3.3V与 5V纹波不得超过50毫伏，这个量对于大多品牌电源是非常宽裕的，笔者测试过的绝大多数电源都不会超过这个数值，但几乎所有山寨电源在满载时纹波都会超标，内部用料设计可想而知。

事实上，我们可以将电源的纹波图案与声波的波谱联系起来。当声波振动频率非常高时，声波谱往往混乱，甚至高度偏差非常明显。这与电源纹波中的性能相对相同。

PBzone输出纹波测试设置

每个电源输出负载的纹波值与该电路的电流值密切相关。一般来说，在轻负荷下，电源的纹波永远不会超过标准。因此，我们记录了三种状态下的纹波：100%负 12V联合输出满载， 3.3V输出满载， 5V输出满载。测试三路输出满载时，按铭牌标称一路满载，另外两路电流设置为2A。

事实上，纹波测试结果并不难理解。以上两张图片是高频和低频截图，两个纹波值的结合是最终结果。请单击图片放大，您会发现图片底部有两个值，纵向分度值为20.0mV，水平分度值10.0us。我们只需要注意mV这个数值，20.0mV每个Y轴网格代表200mV，第一张图的峰值大致与谷相隔，意味着10.0us高频纹峰-峰值约为20mV*1=20mV。此外，还应注意代表低频的10.0ms，即右图，右图中除去毛刺后的高频纹波峰-峰值大约是1个网格即20.0mV。高频和低频的结合是道路输出的纹波值，两者的结合是40mV，远远小于Intel规定的120mV，所以测试结果可以说是非常优秀的。

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