电源纹波测量及抑制方法研究

摘 要：目前人类对电源的使用率越来越高，因为它能给人们带了电能，但随之而来的也给电子产品带来了噪声等影响。电源纹波容易使线路电流过大或电压过大，危害电子设备。另一方面还容易引起噪声干扰，影响设备正常工作。因此在设计电源时都要想办法尽量减小纹波。为此了解纹波的产生原因、测量方法找到抑制方法就显得至关重要。

关键词：电源；纹波；危害；抑制

1 电源纹波

纹波是指人们在使用直流电源时因为电子杂波等原因而产生的交变信号，指在输出电压、电流一定的情况下，输出的交变杂波信号电压的幅值。

用示波器检测纹波我们可以看到，纹波在直流上下轻微波动，就像波纹一样，所以被称为纹波。

1.1 纹波产生原因

开关电源由于效率高等因素，越来越受到青睐。开关电源输入的是交流电，需要经过整流、滤波、稳压后变成直流电。但是由于开关管的每一次通断都会引起波动，输出的直流信号中或多或少会含有少量的交流成分，这些波动就形成了纹波。纹波与人们使用的正弦交流电不同，它的频率和幅值时间变化而变化，因此不同厂家出厂的直流电源由于制作过程，所用材料、制作原理不同而产生的纹波波形都不同。

开关管的瞬时通断、变压器漏感、电子仪器等都会产生电源纹波，而开关管的通断是产生纹波的主要原因。即使我们直接使用直流电源供电，由于电子产品的结构也会产生信号波动而产生纹波。我们某些电子仪器由于其PCB板布局不合理、走线方式的不同也都会引起纹波产生。

1.2 纹波的危害

人们在使用某些电子产品时经常会遇到以下现象：听音乐时经常听到嗡嗡的杂音、打电话经常能听到一些杂音、看电视时信号不稳定常常出现横条上下滚动，以上现象的产生原因都是波纹。纹波电压可能会引起电子设备共振，使电子产品不能正常工作；也会使电源利用率下降；还影响模拟信号与数字信号的转换；干扰信号的输出等等。纹波电压太高有可能烧毁电子产品。要想解决这个问题，必须对电源纹波进行测量。

2 电源纹波测量

电源纹波的测量是通过单独电源的鉴定进行的。在工作人员对电源纹波数值测量时，一般需要合适的温度、特定的环境，并且把周围有可能引起的噪声、电磁干扰给屏蔽掉，测量仪表与被测电源应在一定的环境下放一段时间。对直流电源而言，如果要测量纹波，还要求用电设备要使输出电流超过额定输出电流的一半以上。

纹波电压可以用相对量也可以用绝对量来表示。电源的纹波系数等于纹波电压幅值与直流电压幅值之比。比如一个电源工作在正常状态，其输出为20V/1A，测得纹波的有效值为20mV，这20mV就是纹波的绝对量。而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=20mv/20V=0.1%。电源纹波可以用电流表或示波器来检测。

示波器测量电源纹波：

用示波器对电源纹波测量的连线方式有以下两种：

靠连法：首先去除示波器夹子以及接地线，采用接地环或不采用都可，然后在示波器探头上并联两个电容（电容量视具体情况而定），使用示波器探头直接进行测量。这种方式因为过滤了部分杂波，因此效果较好。

直连法：首先去除示波器夹子以及接地线，采用接地环或不采用都可，直接使用示波器探头直接进行测量。

3 电源纹波抑制

要想抑制电源纹波，可以采用滤波法，因为纹波其实就是交流信号，采用滤波器就可以实现。一种方法是提高滤波电路中并联多个电容量，用多级滤波电路来实现，但这种方法只适用于小功率开关电源。另外，PCB合理布局也可以降低电源纹波。

3.1 高频纹波的抑制

高频纹波主要来源于高频功率开关转换电路。而低频波纹和开关频率波纹影响不大，而尖峰在整个电路中影响较大，消除尖峰也就能抑制高频纹波。纹波的大小主要受尖峰大小决定。一次绕组产生的磁通不能完全通过铁芯传递给二次绕组，而形成漏磁，产生漏磁的电感就是漏感。电子管在每一次通断的瞬间，漏感中的电流因为无法流出便产生了尖峰。漏磁中的电流因为无法流出便产生了尖峰。通过示波器可以看出，线性电源输出尖峰的频率远高于电容器的滤波频率，采用常规的电容解决不了问题。在实际工作中常常通过降低高频变压器漏磁和采用恢复特性较好的高频晶体管。

3.2 控制环路的抑制

选择合适的控制环路参数影响电压纹波，电源输出端收到外界影响出现波动时，容易使纹波通过反馈环节进入调节器，而调节器受到纹波的影响而产生自激振荡。此纹波电压一般没有固定的频率。抑制方法有：

通常采用的减少纹波有效的办法是改变以前的反馈系统，采用先进的低压调节器滤波，但成本较高，功耗也较大。

另外，良好的电源的PCB设计也对抑制纹波起到一定作用，因为PCB分布参数不同会导致调滤波效率降低，严重时甚至可能引起电源自激振荡。正确方法是滤波电路要尽量靠近开关电源芯片，PCB布局应合理，走线正确，不要太细太长。

4 结束语

目前人类对电源的使用率越来越高，因为它能给人们带了电能，但随之而来的也给电子产品带来了噪声等影响。因此，电源的性能往往能影响着一个电路系统。而纹波是影响电源的性能一个重要因素，研究纹波，并抑制纹波产生，才能保证得到理想的产品。

参考文献

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作者简介：吉强（1985-），山东临沂人，研究生学历，讲师职称，现在江苏安全技术职业学院从事教学工作。