電源紋波的產(chǎn)生、危害、測(cè)量和抑制

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1、.1引言???對(duì)于電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)唯一不可缺少的是電源，但是它除了提供能量外，也帶來(lái)了紋波、噪聲等影響電子產(chǎn)品正常工作的影響。紋波電壓對(duì)高放、本振、混頻、濾波、檢波、A/D變換等電路都會(huì)產(chǎn)生影響，在設(shè)計(jì)控制設(shè)備、電子儀器、電視、攝像機(jī)等電子產(chǎn)品時(shí)都要想辦法盡量減小紋波。為此就要了解紋波、知道它是如何產(chǎn)生的、如何測(cè)量以及抑制方法。2電源紋波???紋波是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號(hào)，指在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出電壓中的交流電壓的峰值。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。???紋波用示波器可以看到，在直流電壓上下輕微波動(dòng)，就像水平面上

2、波動(dòng)的水紋一樣，所以被稱為紋波（見圖1）。圖1RIGOL示波器DS1302觀察的紋波信號(hào)波形???2.1電源紋波產(chǎn)生???我們通常在產(chǎn)品中用的電源主要有線性電源和開關(guān)電源二大類，輸出的直流電壓是一個(gè)固定值，由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到。由于濾波不干凈，直流電壓中含有交流成分，這就產(chǎn)生了紋波。紋波是一種復(fù)雜的雜波信號(hào)，它是圍繞輸出直流電壓上下來(lái)回波動(dòng)的周期性信號(hào)，但周期和振幅不是定值，隨時(shí)間而變，不同電源的紋波波形不一樣。???產(chǎn)生電源紋波的因素有許多，即使你用電池供電也會(huì)因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋。???線性電源...???由于我國(guó)供電頻率是50Hz，所以它的紋波主要來(lái)自工

3、頻50Hz變壓器，紋波電壓的頻率常常是50nHz，n取自然數(shù)，大小取決于整流電路的類型。對(duì)于半波整流，是1；對(duì)于全波整流，是2；對(duì)于三相全波整流，是6，即300Hz。所以這種電源的輸出端紋波主要是50HZ或它的整數(shù)倍，幅值小，較易濾除，通常紋波可做到幾mV。???如假定整流橋輸出負(fù)載電流IL，負(fù)載電壓VL，整流橋輸人交流電壓幅值Vm及其輸人交流電壓頻率f，則其輸出的紋波電壓由表1各式計(jì)算。表1整流紋波電壓????采用功率匹配法或等效電流源法計(jì)算紋波電壓，一般表示為：???△U＝ILsin2wt／(2wC)???(1)???從式(1)中可以看出，紋波頻率為輸人頻率的兩倍，其幅值

4、正比于變換器的輸出電流，反比于輸人電壓頻率和平滑電容的大小。???開關(guān)電源???產(chǎn)生的紋波比較復(fù)雜、很難濾除且幅值較大。主要來(lái)源于五個(gè)方面:除低頻紋波外還有高頻紋波、共模噪聲、開關(guān)器件產(chǎn)生的噪聲和調(diào)節(jié)控制環(huán)路引起的紋波噪聲。一般開關(guān)電源的紋波比線性電源的紋波要大，頻率要高。???①高頻紋波。高頻紋波來(lái)源于開關(guān)變換電路。開關(guān)電源的開關(guān)管在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，都會(huì)有一個(gè)上升和下降時(shí)間，這時(shí)候在電路中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與開關(guān)上升與下降時(shí)間的頻率相同或者奇數(shù)倍頻的噪聲，一般為幾十MHz。同樣二極管在反向恢復(fù)瞬間，其等效電路為電阻電容和電感的串聯(lián)，會(huì)引起諧振，產(chǎn)生的噪聲頻率也為幾十MHz。還有

5、高頻變壓器的漏感也會(huì)產(chǎn)生高頻干擾。這些噪聲一般叫做高頻紋波噪聲，幅值通常要比紋波大得多。...圖2開關(guān)紋波和高頻噪聲??如假設(shè)輸出整流電容Cf有限，實(shí)際電容也有損耗，流進(jìn)電容的電流ics是脈動(dòng)的，使Vo脈動(dòng)，形成紋波電壓。假定D為占空比、L為儲(chǔ)能電感、C為濾波電容、fs為開關(guān)頻率，則常用的4種基本類型變換器的輸出紋波電壓列于表2。表2高頻紋波電壓???從表2可以看出，通常高頻的輸出噪聲，大小與開關(guān)電源的頻率和輸出濾波器有關(guān)。電源的開關(guān)頻率越高，電感和電容值越大，則輸出紋波越小。???②共模噪聲。功率器件與散熱器底板和變壓器原邊與副邊之間存在寄生電容，導(dǎo)線存在寄生電感，因此當(dāng)電

6、壓作用于功率器件時(shí)，導(dǎo)致開關(guān)電源的輸出端產(chǎn)生共模紋波嗓聲。???③開關(guān)器件產(chǎn)生的噪聲。隨著開關(guān)的開啟和關(guān)閉的切換，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動(dòng)。所以在輸出端也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與開關(guān)同頻率的紋波。???④調(diào)節(jié)控制環(huán)路引起的紋波噪聲。實(shí)際電路中控制環(huán)路要有時(shí)間響應(yīng)，不能做到線性調(diào)節(jié)，故輸出電壓瞬間會(huì)忽高忽低，甚至有可能造成電源系統(tǒng)的振蕩，由此產(chǎn)生了紋波噪聲。???2.2紋波電壓危害???在調(diào)試產(chǎn)品時(shí)會(huì)遇到以下這些現(xiàn)象：...???喇叭或聽筒發(fā)生嗡嗡的雜音，這可能是音頻范圍內(nèi)的類似正弦波的紋波信號(hào)推動(dòng)喇叭的紙盆或話機(jī)的聽筒而形成雜音；???調(diào)試信號(hào)放大系統(tǒng)時(shí)，能看到紋波電

7、壓對(duì)放大信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制，形成雜波；???如果電視圖像的背景上有細(xì)橫條向上或向下滾動(dòng)，可能是由激勵(lì)器中調(diào)制、校正等中頻單元的供電電源紋波過(guò)大引起。???以上現(xiàn)象都可能是紋波在搗亂。紋波電壓高了，有可能使電子產(chǎn)品產(chǎn)生諧波、調(diào)制等，干擾正常的工作狀態(tài)；導(dǎo)致電源效率降低；影響數(shù)字電路的邏輯關(guān)系；干擾信號(hào)的正常傳遞等等。較強(qiáng)的紋波會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓或電流，有可能燒毀用電設(shè)備。要使紋波足夠小，必須準(zhǔn)確地測(cè)出紋波的大小。?3電源紋波測(cè)量????電源紋波的測(cè)量分兩大類，一類是單獨(dú)電源的鑒定，另一類是產(chǎn)品的調(diào)試測(cè)量。???在電