電源紋波是電源設計中常見的考量參數，也是電力工程師常見的測試項目。本文將討論電源紋波產生的原因以及電源紋波測試的正確姿勢！ZLG示波器電源分析功能中有快捷測試輸出紋波的功能，設置好配置即可快捷得出輸出紋波參數，并支持導出報表。

什么是紋波和噪聲

紋波和噪聲是指在DC/DC的直流輸入和輸出電容器上出現的交流耦合電壓信號。典型的紋波與噪聲如圖1所示。

紋波：開關電源對電容充放電而產生的電壓波動，它具有較低的峰平均比，發生在基本開關頻率，通常被稱為均方根(RMS)噪聲。紋波因為表征的是輸入和輸出電容的充放電特征，所以在開關電源的最大負載時會達到最大。紋波電壓隨著輸入和輸出電容的增大而降低。

高頻噪聲：開關電源的開關過程中而產生的電壓毛刺，噪聲的重復頻率等同開關電源的開關基頻，但是噪聲峰值頻率要比開關基頻高的多。噪聲的幅值取決于開關電源的拓撲結構、電路的寄生電容電感、PCB布局等。

圖1 紋波與噪聲示意圖

紋波的類型

開關紋波：首先以降壓（buck）電路為例進行說明。降壓電路的開關器件以特定頻率導通或關斷。當器件開關時會產生與開關周期一致的開關紋波。開關紋波的頻率范圍通常為幾十kHz至幾MHz。如圖2所示。

圖2 開關紋波

高頻紋波：由于電路中寄生電感和電容的影響，實際中的開關電源還會隨著開關管的導通和截止瞬間產生高頻開關噪聲。開關噪聲的頻率高于開關頻率；其幅值與寄生參數和PCB布局有較大關聯。如圖3所示。

圖3 高頻紋波

負載變化引入的紋波：在某些應用場景中，負載電流會快速變化。電流的劇烈變化會導致輸出電壓的波動。如圖4所示。

圖4 負載變化引入的紋波

紋波的危害

·電源中攜帶的紋波會在電器上產生諧波，降低電源的使用效率；

·較高的紋波可能會產生浪涌電壓或電流，從而導致電氣設備運行不正常或加速設備老化；

·在數字電路中紋波會干擾電路邏輯關系；

·紋波還會給通信、測量和計量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計量，甚至損壞設備。

電源紋波測試方案

示波器電源分析功能中有快捷測試輸出紋波的功能，設置好配置即可快捷得出輸出紋波參數，并支持導出報表。

測試步驟：

示波器與探頭連接示意圖如圖5所示。輸出端信號接入到示波器中，其中通道1接高壓差分探頭，通道2接電流探頭。（注意：若輸出電壓較大可選用高壓差分探頭，若輸出電壓較小使用普通探頭即可）

圖5 探頭與電路連接示意圖

調節好電流探頭和電壓探頭的探頭比率后，點擊【Auto Setup】一鍵捕獲波形信號， 波形信號以較好的效果顯示在屏幕上，若看到的信號為一條直線，可將信號的垂直檔位放大后看波形，因為輸出紋波信號幅度比較小。點擊【通道1】進入通道界面，將通道耦合方式改為【交流】。

點擊【Analyze】進入電源分析界面，功能選擇【輸出紋波】，點擊【參數配置】進入參數配置界面，如圖6所示。