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，因為它能給人們帶了電能，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，危害電子設備。另一方面還容易引起噪聲干擾，影響設備正常工作。因此在設計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重要。

關鍵詞：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為電子雜波等原因而產(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

開關電源由于效率高等因素，越來越受到青睞。開關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)品的結構也會產(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，必須對電源紋波進行測量。

2 電源紋波測量

電源紋波的測量是通過單獨電源的鑒定進行的。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行測量。這種方式因為過濾了部分雜波，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，因為紋波其實就是交流信號，采用濾波器就可以實現(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現(xiàn)，但這種方法只適用于小功率開關電源。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轉(zhuǎn)換電路。而低頻波紋和開關頻率波紋影響不大，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，漏感中的電流因為無法流出便產(chǎn)生了尖峰。漏磁中的電流因為無法流出便產(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。在實際工作中常常通過降低高頻變壓器漏磁和采用恢復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設計也對抑制紋波起到一定作用，因為PCB分布參數(shù)不同會導致調(diào)濾波效率降低，嚴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電源芯片，PCB布局應合理，走線正確，不要太細太長。

4 結束語

目前人類對電源的使用率越來越高，因為它能給人們帶了電能，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（1985-），山東臨沂人，研究生學歷，講師職稱，現(xiàn)在江蘇安全技術職業(yè)學院從事教學工作。