4．3 真有效值毫伏表对纹波的有效值测量

对于纹波的有效值测量，一般使用真有效值毫伏表，或者带有有效值测量的示波器进行直接测量。由于一般电磁干扰往往峰值较高，但能量不大，所以在有效值测量的时候，影响不明显。只要注意仪器正确接地，都能正确测得纹波值。带宽选择根据需要标明。

4．4 示波器对纹波的直接测量

在使用示波器进行纹波直接测量时，利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先，应使用带宽限制来规定纹波，以防止拾取并非真正存在的高频噪声。为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。除非特别说明，推荐使用20MHz带宽。其次，通过取掉探针“帽”，并构成一个拾波器（如图 5所示），我们可以消除由长接地引线形成的天线。将一小段线缠绕在探针接地连接点周围，并将该接地连接至电源。这样做可以缩短暴露于电源附近高电磁辐射的端头长度，从而进一步减少拾波。

图4

图5

在隔离电源中，会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降，从而表现为纹波。要防止这一问题的出现，我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外，将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器，其在不影响差分电压测量的同时，还减少了共模电流引起的测量误差。图4是不正确的测量方法及所得结果。图5显示了使用了改进测量方法测量完全相同电路的纹波电压。这样，高频峰值干扰就被真正地消除了。

一般在对整机电源的测量时，需要在外端口接线端子上进行测量。测量时一般在测试点上加两个电容，一个电解电容，一个高频瓷片小电容。电容C的选取原则:选用的电容远小于电源输出的滤波电容,滤掉的只是从滤波电容出来后又被干扰的信号,这些信号能量小但幅值大,尤其使用开关电源时用电设备在电源入口也必须有个小电容(根据功率不同可能是几μF到几十μF甚至更高)。所以滤掉的只是那部分额外干扰的“虚的”尖刺，即没有多大能量但幅值很高的不影响实际使用的干扰成分,这部分相当于叠加在直流上的一个内阻极高的交流电源。实际要测的是由开关频率、输出滤波电感值、输出滤波电容值、输出滤波电容高频等效电阻(ESR)和输出电流所决定的真正的纹波,真正的纹波相当于叠加在直流之上的一个内阻很小的交流电源,一般的小电容(远小于电源输出的滤波电容)对其影响不大，不会改变其固有特性。

其实用示波器测出来的“纹波”电压包括两部分:一部分是开关电流经过电解电容,在电解容的ESR上形成的电压,称为周期纹波电压,测试时在输出加小电解容和瓷片容对这个电压基本没有影响;另一部分就是噪声电压,这个电压是开关管导通、关断时通过传导和辐射产生的,通过改善PCB走线可以有效抑制噪声电压,但是由于示波器探头很长,而且输入阻抗高,因此示波器测出来的噪声电压有一部分是通过探头感应过来的,不能算是输出电路上真正存在的噪声电压,为减小这种因素的影响,多数情况下都采用在探头接入点的位置并联小电解容和瓷片容,其实业界还有一种测试方法就是在电源与负载之间的连线的中间某一点接入示波器探头(固定接入点到电源的距离,比如70mm),并且在接入点上并联小电解容和瓷片容,这样的测试方法就是为了减小探头感应带来的影响.有一些应用场合会单独给出周期纹波电压(ripple)和噪声电压(noise)的要求。

用示波器测量纹波的方法还有以下几种

⑴使用50Ω同轴电缆来测量输出纹波电压的方法。同轴电缆直接与示波器连结。为降低噪音，测量时应使用一个如图所示的铝或铜的接地板。测量值为实际值的1/2，并且对低频纹波进行了衰减。这个方法近似差分测试法。见图6

图6

⑵采用双纹线的测量方法，见图7

图7

电源放置在一个离接地板25mm之上的地方，接地板由铝或铜板构成。电源的输出公共端和AC输入地端直接与接地板连结，接地线应该很粗，而且不长于50mm。用16AWG铜线做成300mm长的双绞线，绞距尽量小。一端接电源输出，另一端并联一只4.7~47μF的钽电容，再接到示波器上。电容的引线应尽可能短，注意极性不要接反。示波器探头的"地线"应尽可能接到地线环，示波器带宽不小于20MHz，示波器本身交流应接地。实际进行电源纹波测量时，经常需要测试更有意义的负载端纹波，这个方法比较简易适用。

5，结论

通过以上讨论可知，电源纹波的测量方法很多，有效值测量中基本不会有太大的误差和分歧，只要注意接地和选择带宽，使用高精度真有效值毫伏表，一般能够得到准确稳定的纹波有效值。主要注意的是：当使用示波器时，由于电磁干扰的存在和示波器的使用方法的不同等问题，会出现较大的不同测量结果。需要根据实际需要选择适合的方法。因为我们需要测量的纹波是一个差分电压，如果条件允许，应该尽量滤除共模干扰。最好的办法是使用差分方法测量。还可以使用50欧姆终端电阻，用BNC电缆直接联结到示波器，这里应该注意该50欧姆电阻要考虑功耗，可能要大功率电阻。如果一般测量，需要连线时，注意使用双绞线，根据需要在测试端加合适的电容。尽量使示波器探头接地线短一些，可以拔掉示波器探头的钩子，使用接地环直接测量，选择交流耦合，合适的扫描时间。

为了更清楚地标明纹波的成分，也可以分出周期性工频纹波和开关纹波，高频噪声等。测量频率是否要限制在20MHz以下或约定频带，测试仪器接地问题，连接线的方法及注意事项等等问题，是测量纹波时必须要注意的。

参考资料:
1, IEC 60478 Stabilized power supply,D.C.output
2, IEC 61204 Low-voltage power supply devices,D.C.output
3,电源设计  作者：Robert Kollman   德州仪器高级应用经理兼科技委员会资深委员
4,《高频开关电源的原理与设计》  作者：张占松，蔡宣三

（御风）