如何测量电源中的纹波和瞬态

通过这篇来自 CUI Inc的文章，了解如何测量电源中的纹波和瞬变。

在评估电源时，最常见的两个规格是纹波和瞬态。虽然它们似乎是简单的测量，但要获得正确的数据，还有两个重要方面需要注意。第一个是使用示波器探头时的测量技术，第二个是与指定该数据的具体条件有关。

使用示波器探头的正确测量技术

在尝试测量纹波或瞬态之前，应该先讨论一下示波器探测的背景知识。由于感兴趣的信号幅度通常以毫伏为单位测量，任何被放大的内部信号或被拾取的外部信号都可以轻易遮挡或扭曲该信号，导致结果不准确。通过正确的探头测量技术来减轻这种情况是极其重要的。
 
测试人员能做的最重要的事情是将探头产生的地环路降到最低。探头返回路径产生的环路会导致电感，这可以放大内部噪声并拾取外部噪声。探头通常配有鳄鱼夹式地线夹，如下图所示。虽然易于连接，但这些地线夹会导致较大的地环路，不推荐用于这些测量。相反，有两种常见且优选的方法可以实现小地环路：“尖端和桶法”和“回形针法”。

尖端和桶形方法去除了接地罩和探头夹，使探头的尖端和桶形部分暴露出来。然后将探头的尖端应用于输出电压，并将桶形部分倾斜，使其在非常接近尖端的位置接触地面。此方法的一个缺点是，可访问的探测点或可以同时应用尖端和桶形的点可能并不理想，且/或与任何输出电容器有一定距离。理想情况下，探头应尽可能靠近输出电容器放置。

尽管这些方法并不是获取良好信号的唯一途径，但无论选择哪种方法，都应努力使地回路尽可能小。

纹波和噪声

纹波是由于电源内部切换引起的输出电压的固有交流成分。噪声是在电源中出现的寄生现象，表现为输出电压上的高频电压尖峰。数据表规定了由于纹波和噪声引起的输出电压的最大峰-峰偏差。如上所述，重要的是使用良好的探测方法，确保测量准确反映电源的纹波和噪声。
 
在测试纹波和噪声时，有几个条件需要记住。首先，负载对纹波有显著影响，因此，重要的是在与数据表中规定的相同负载条件下进行测量，通常是满负载。输入电压也会影响纹波，应当在所有感兴趣的输入电压下进行测试。除了电气条件之外，许多制造商规定在电源输出端应用一些外部电容器（通常包括一个约 10 µF 的电解电容和一个 0.1 µF 的陶瓷电容）以便于测量。探头应放置在这些电容器附近。最后，通常在示波器通道上为此测量指定 20 MHz 的带宽限制。
 
一般来说，只需要一个示波器探头即可完成此测试，探头应放置在输出电容器或特定的外部电容器上，使用上述探头测量方法。

瞬态响应

瞬态响应是指由于负载变化，输出电压可能偏离的量。当负载变化时，电源无法立即对新条件作出反应，可能会有过多储存的能量或能量不足。多余的能量或能量的缺乏将由输出电容器负责。它们要么消耗其电荷以维持负载，导致电压下降，要么存储多余的能量，导致电压上升。在几个开关周期内，电源将调整以仅存储负载所需的能量，而输出电压将恢复到其标称值。在测量瞬态响应时，关注的是输出电压偏离标称值的量、恢复时间或电压超出规定调节限度的时间。
 
与仅限于负载和输入电压条件的纹波和噪声不同，瞬态响应还有一些其他可能影响其测量的条件。需要注意的重要条件是施加的负载步进的上升速率、起始电流和终止电流。上升速率对瞬态响应有很大影响，因为负载变化越快，输出在电源赶上变化条件之前的偏差就越大。起始和终止电流水平也可能产生影响。电源在轻载时通常表现不同，跨过这些区域的瞬态可能会导致电源的反应与单一区域内的瞬态不同。起始和终止电流以及上升速率还决定了电流变化的时间，并应与指定条件相匹配。
 
为了进行瞬态响应测量，用户需要两个示波器通道。第一个探针应置于电源的输出端，靠近输出引脚或调节点。在远离调节点处测量输出电压会导致由于输出电缆中的电压降而在两个负载状态之间产生直流偏移。第二个探针应测量电流或与瞬态负载变化同步的信号。这个探针将用作触发器，以便清晰地看到输出电压的偏差。

结论

纹波和瞬态是电源评估中的常见部分。使用示波器测量这些特性时，需要将探头环路面积降到最低，以避免信号失真。除了正确的探头测量技术外，还必须了解并遵循数据表中规定的测量条件，才能进行有效的比较。   在此选购CUI的电源。