一种LLC谐振变换器的直流端二次纹波抑制方法

1.引言

全球电动汽车产业飞速发展，电池储能系统在电力系统的应用也日益广泛，这使得电池充电装置成为研究热点[1]。两级式AC-DC-DC变换器具有控制灵活，能同时兼顾电池充电性能和电网电能质量的优点，广泛应用于电池充电场合[2]，其系统结构如图1所示。

如图1所示，单相AC-DC变换器的瞬时输出功率中含有两倍电网频率的交流分量[3]，这个脉动频率会对DC-DC变换器的输出造成影响[4]。文献[5]基于DC-DC变换器线性交流小信号模型研究了低频纹波的产生及传递机理。文献[6]在文献[5]的基础上，提出了一种基于电流反向增益传递函数的方法来分析电流低频纹波问题。

电池对充电电压精度要求很高[7]。因此，在前级为单相的两级式AC-DC-DC变换系统中，必须对二倍频纹波进行抑制，以保证输出电压的高精度和低纹波。文献[6]总结了对两级式AC-DC-DC变换器进行协调控制抑制二倍频功率波动的方法，包括：(1)由第三方储能装置提供二倍频脉动功率[8]，这种方法增加了变换器和电路端口，使电路本身和控制均较为复杂，也增加了系统的体积和成本。(2)由电池提供，文献[9]通过约束燃料电池输出阻抗来满足较严格的纹波限制，实际应用有一定局限性。(3)允许该脉动功率出现在中间直流母线，由储能元件提供。方式(3)可分为无源和有源两类，文献[10]中采用较大的电解电容来平滑母线电压波动，增加了系统体积和重量。文献[11]在电路中插入LC 谐振网络，用于平衡脉动功率，可以有效减小中间母线电容值，但由于加入了额外电感，系统体积和重量仍会受限。文献[5]中采用平均电流控制对DC末端电流二次纹波进行了抑制，但纹波抑制效果依赖于变换器控制带宽的设计[6]。

本文基于信号调制解调的思想，以LLC 谐振变换器为研究对象，分析了二次纹波电压在DC-DC变换器中的传递机理。采用了PI+PR控制器对LLC 谐振变换器输出电压的二次纹波进行了抑制，使输出电压整体纹波幅值减小，从而能够在不增加直流母线电容的前提下，改善了电池充电电压质量。

2.LLC谐振变换器中二次纹波的传递

全桥LLC谐振变换的电路结构如图2所示。其中，vdc为直流母线电压，v2为直流母线上的二次纹波，vo为输出电压。Lr和Cr分别为谐振电感和谐振电容。T为降压变压器，其变比为np: ns1: ns2，其中ns1= ns2, Lm是变压器励磁电感。S1，S2，S3和S4为开关管，D1和D2为输出整流二极管。Co为输出滤波电容。Ro为电阻负载。

1.1 开关网络对二次纹波的影响

设LLC谐振变换器的直流母线上二次纹波电压的表达式为：

参考文献

[1] Viswanathan, V. V., Kintner-Meyer, M. “Second Use of Transportation Batteries: Maximizing the Value of Batteries for Transportation and Grid Services,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2011, 60(7): 2963-2970.

[2] Haghbin, S., Lundmark, S., Alakula, M., Carlson, O. “Grid-Connected Integrated Battery Chargers in Vehicle Applications: Review and New Solution,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, PP(99): 1-1.

[3] Jianhua, W., Xuqian, L., Fanghua, Z., Chunying, G. “Evaluation of input low frequency current ripple performance in front-end converter with single phase inverter load,” Proceedings of World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference, 2009: 1-7.

[4] Bojoi, R., Pica, C., Roiu, D., Tenconi, A. “New DC-DC converter with reduced

low-frequency current ripple for Fuel Cell in Single-Phase Distributed Generation,” Proceedings of IEEE International Industrial Technology Conference, 2010:1213-1218.

[5] Changrong, L., Jih-Sheng, L. “Low Frequency Current Ripple Reduction Technique With Active Control in a Fuel Cell Power System With Inverter Load,” IEEE Transactions on Power Electronics, 2007, 22(4): 1429-1436.

[6] 王建华, 卢旭倩, 张方华, 龚春英. 两级式单相逆变器

输入电流低频纹波分析及抑制. 中国电机工程学报, 2012, 06: 10-16.

[7] 程涛. 锂电池线性充电芯片系统研究与设计. 武汉: 华中科技大学, 2007.

[8] Haibing, H., Harb, S., Kutkut, N., Batarseh, I. “Power decoupling techniques for

micro-inverters in PV systems-a review.” Proceedings of Energy Conversion Congress and Exposition, 2010: 3235-3240.

[9] Seung-Ryul, M., Jih-Sheng, L., Sung-Yeul, P., Changrong, L. “Impact of SOFC fuel Cell Source Impedance on Low Frequency AC Ripple.” Proceedings of Power Electronics Specialists Conference, 2006: 1-6.

[10] 娄凤强. 燃料电池并网发电系统前端DC/DC变换器研究. 济南: 山东大学, 2011.

[11] Fukushima, K., Norigoe, I., Shoyama, M., Ninomiya, T. “Input Current-Ripple Consideration for the Pulse-link DC-AC Converter for Fuel Cells by Small Series LC Circuit,” Proceedings of Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009: 2009. 447-451.

注：本文由于编辑器不能检索那些符号，所以都用的是截图的方式传的，造成的不便请广大专家学者谅解！

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电源纹波的产生、危害、测量和抑制

1 引言对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。纹波用示波器可以看到，在直流电压上下轻微波动，就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形 2.1 电源纹波产生我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类，输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值，随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。线性电源

由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz，n取自然数，大小取决于整流电路的类型。对于半波整流，是1；对于全波整流，是2；对于三相全波整流，是6，即300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算。表1 整流纹波电压采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为： △U＝ILsin2wt／(2wC) (1) 从式(1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍，其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。开关电源产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大，频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管在导通和截止的时候，都会有一个上升和下降时间，这时候在电路中就会出现一个与开关上升与下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。同样二极管在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。这些噪声一般叫做高频纹波噪声，幅值通常要比纹波大得多。

电源纹波的定义和检测方法分析

电源纹波的定义和检测方法分析来源：| 时间：2010年02月03日纹波：纹波是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。纹波的表示方法：可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示，单位通常为：mV 。例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV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=10mv/12V=0.12%。下面对电源纹波分量检测方法进行分析。图1给出了一个不当使用示波器测量电源纹波的实例。在这个例子中出现了几个错误，首先是使用了接地线很长的示波器探针；其二是让由探针和接地线形成的回路靠近功率变压器和开关元件；最后是允许在示波器探针和输出电容之间形成额外的电感。其结果带来的问题是在测得的纹波波形中携带了拾取的高频成分。在电源中有许多很容易耦合到探针中的高速的、大电压和电流信号波形，其中包括来自功率变压器的磁场耦合、来自开关节点的电场耦合、以及由变压器交绕(interwinding)电容产生的共模电流。图1：不当的纹波测量得到糟糕的结果。采用正确的测量技术可切实改善纹波测量的结果。首先，通常会规定纹波的带宽上限，以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声，应该给用于测量的示波器设定合适的带宽上限。其次，可以通过摘掉探针的“帽子”来去掉接地长引线形成的天线。如图2所示，我们把一段短线绕在探针接地引线周围，并使之与电源地相连接。这样做附带的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度，从而进一步减少高频拾取。最后，在隔离电源中，真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的，这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降，表现为纹波。要抑制这个纹波，需要在电源设计中仔细考虑共模滤波问题。此外，把把示波器引线绕在铁芯上可减小这个电流，因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感。图2显示了采用改进测量技术对同一电路得到的纹波电压测量结果。可以看到，高频尖刺已几乎消除。

如何正确地测试纹波电压

如何正确地测试纹波电压纹波电压在产品中是一项很重要的参数，过大的纹波电压不仅会直接影响音频电路的信噪比，甚至引起电路的误动作。在实际做设计调试和测试时，我们发现很多同事并不知道如何去测试纹波，因此收集了一些网上资料结合实际经验总结出这篇文章，借此抛砖引玉。由于目前产品中大量应用开关电源和DC-DC等电路进行供电和电压转化，此类设计由于应用了开关技术使供电的效率有了本质上的提高，大大减小了功率耗散；但同时也增加了输出的交流成分，即我们所说的纹波和噪声（Ripple & Noise）。一、纹波的概念：纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小。杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要以辐射的形式存在。杂噪是一种常用的通俗说法。其共性就是具有随机性。但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而纹波则不是。输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系。通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值。所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。通常我们所说的纹波噪声是对电压信号而言。二、纹波噪声的成分分析：测试纹波噪声，我们需要先对纹波噪声信号的成分进行区分。如上图所示，纹波噪声可分为如下四个部分：

开关电源的纹波和噪声测试方法

开关电源的纹波和噪声(图) 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。图1 纹波和噪声的波形纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声

纹波测试方法

纹波测试的注意事项纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 1 ）、电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。 2 ）、对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。电源纹波噪声测试方法我们今天的电子电路（比如手机、服务器等领域）的切换速度、信号摆率比以前更高，同时芯片的封装和信号摆幅却越来越小，对噪声更加敏感。因此，今天的电路设计者们比以前会更关心电源噪声的影响。实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具，但是如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果，笔者在和用户交流过程中发现很多用户的测试方法不尽正确，所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结，供大家参考。由于电源噪声带宽很宽，所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。但是不能忽略的是，实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。如果要测量的噪声与示波器和探头的噪声在相同数量级，那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。示波器的主要噪声来源于２个方面：示波器本身的噪声和探头的噪声。所有的实时示波器都实用衰减器来调整垂直量程。设置衰减以后示波器本身的噪声会被放大。比如，当不用衰减器时，示波器的基本量程是５ｍＶ/ 格，假设此时示波器此时的底噪声是５００ｕＶＲＭＳ。当把量程改成５０ｍＶ/ 格时，示

纹波的测试

纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。测量之前需要进行如下设置。 1.通道设置：耦合：即通道耦合方式的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号，所以，我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号，直接测量所叠加的交流信号就好。宽带限制：关探头：首先选用电压探头的方式。然后选择探头的衰减比例。必须与实际所用探头的衰减比例保持一致，这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如，所用电压探头放在×10档，则此时，这里的探头的选项也必须设置为×10档。 2.触发设置：类型：边沿信源：实际所选择的通道，如，准备用CH1通道进行测试，则此处就应该选择为CH1。斜率：上升。触发方式：如果是在实时地观察纹波信号，则选择‘自动’触发。示波器会自动跟随实际所测信号的变化，并显示。这个时候，你也可通过设置测量按钮，实时地显示你所需要的测量的数值。但是，如果你想要捕捉某次测量时的信号波形，则需要将触发方式设置为‘正常’触发。此时，还需要设置触发电平的大小。一般当你知道你所测量的信号峰值时，将触发电平设置为所测信号峰值的1/3处。如果不知道，则触发电平可以设置的稍微小一些。耦合：直流或交流…？(似乎没什么区别) 3.采样长度（秒/格）：采样长度的设置决定能否采样到所需要的数据。当所设置的采样长度过大时，就会漏掉实际信号中的高频成分；当所设置的采样长度过小时，就只能看到所测实际信号的局部，同样无法得到真实的实际信号。所以，在实际测量时，需来回旋转按钮，仔细观察，直到所显示波形是真实的完整的波形。 4.采样方式：

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方法一、什么叫纹波纹波（ripple）的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作二、纹波、纹波系数的表示方法可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示；单位通常为：mV 例如：

一个电源工作在稳压状态，其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV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=10mv/12V=0.12%。三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。四、开关电源纹波的主要分类开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。

五、电源纹波测试纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。测量之前需要进行如下设置。 1.通道设置：

如何正确地进行电源纹波的精确测量

如何正确地进行电源纹波的精确测量精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图 1 所示的示例中，一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形，其中包括耦合自电源变压器的磁场，耦合自开关节点的电场，以及由变压器互绕电容产生的共模电流。图 1 错误的纹波测量得到的较差的测量结果利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先，通常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。我们应该为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。其次，通过取掉探针“帽”，并构成一个拾波器（如图 2 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。最后，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 2 显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。图 2 四个轻微的改动便极大地改善了测量结果

电源纹波测试的正确方法

电源纹波测试的正确方法用500MHz带宽的示波器对其开关电源输出5V信号的纹波进行测试时，发现纹波和噪声的峰峰值达到了900多mV（如下图所示），而其开关电源标称的纹波的峰峰值在隔离电源中，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。下图显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。经过实际测试，发现测得的纹波噪声的峰峰值有很大改善，如下图所示。但纹波噪声的峰峰值仍然有40多mV，和开关电源厂商标称的耦合功能把直流隔离掉再进行纹波噪声测试。 5、输入阻抗：很多示波器有50欧姆和1M欧姆的输入阻抗选择，通常50欧姆输入阻抗下示波器的底噪声更低。不过示波器连接大部分无源探头时都会自动把阻抗切换到1M欧姆，只有连接有源探头或同轴电缆时才可以设置为50欧姆输入阻抗。在进行实际测试之前，一个比较好的习惯是先检查一下当前使用的设备和设置下的系统的底噪声。下面图中的5个波形分别是使用500M的S系列示波器在使用不同的探头和带宽设置下的底噪声结果。波形从上到下依次为：50欧姆输入阻抗，1:1探头，500MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，1:1探头，20MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，1:1探头，500MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，10:1探头，20MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，10:1探头，500MHz带宽。其底噪声的峰峰值从不到1mV直到接近30mV，可见测试中探头、带宽、输入阻抗设

开关电源纹波测试方法

开关电源纹波测试方法概述您可以不依赖于极限测试，而是通过设置波动极限来评估测量结果是合格还是不合格。该功能称为纹波测试。纹波测试的概念根据使用波动极限表设置的波动极限，纹波测试功能可以评估结果是合格还是不合格。可以指定最多12 个频带，允许对每个频带进行测试。如果使用波动极限指定的纹波值未被迹线上的任何测量点超过，则纹波测试将判断测量为“Pass”（合格）；否则，将判断测量为“Fail”（不合格）。对于没有指定波动极限的激励范围中的测量点，测试将判断测量为“Pass”（合格）。独个测量点是进行合格/不合格评估的目标。将不评估测量点之间的内插部分。波动极限定义了起点激励值、终点激励值、波动极限值和类型（打开/关闭）。有关详细信息，请参见配置波动极限。打开纹波测试功能时，与“Fail”（不合格）判断相对应的测量点将在屏幕上以红色指示，迹线的测试结果将根据每个测量点的结果显示（如果迹线上存在一个或多个红色测量点，则判断为“Fail”（不合格））。有关如何显示结果的信息，请参见打开/关闭纹波测试和显示结果。也可以确认屏幕上的通道测试结果（如果通道中的极限测试、纹波测试或带宽测试中出现了一条或多条不合格的迹线，则判断为“Fail”（不合格））。显示纹波测试结果测量点和测试结果不合格的测量点将在屏幕上以红色显示。迹线的测试结果将在图形的右上方指示为“Pass”（合格）或“Fail”（不合格）。也可以显示选定频带内的纹波值。每条迹线的结果将显示为“Ripln:Pass”（纹波n：合格）或“Ripln:Fail”（纹波n：不合格）。n 表示迹线号。纹波值跟随在Bn 之后（如果关闭了纹波显示，则仅显示Bn，不显示纹波值）。例如，在下图中，第一行中的“Ripl1:Pass”（纹波1：合格）指示迹线 1 的结果。B3 后面的值是在纹波测试中指定的第三个频带的纹波值。同样，第二行指示迹线 2 的测试结果，显示在第一个频带的纹波值。有关如何显示结果的信息，请参见打开/关闭纹波测试和显示结果。通道的测试结果如果通道的判断结果为“Fail”（不合格），则消息将显示为迹线的测试结果中所示。（如果通道中的极限测试、纹波测试或带宽测试中发现一条或多条不合格的迹线，则将通道判断为不合格。）还可以在极限测试菜单和带宽测试菜单中指定“Fail Sign”（Fail 标志）的打开/关闭设置。在纹波测试菜单中，按以下步骤打开/关闭它。按“Analysis”（分析）键。单击“Ripple Limit”（波动极限）。单击“Fail Sign”（不合格标志）。该菜单将在打开和关闭之间切换。除通过屏幕显示之外，还可以使用以下功能确认测试结果：通知结果“Fail”（不合格）的嘟嘟声状态寄存器配置波动极限必须在配置波动极限后才能使用纹波测试功能。可以为每条迹线指定波动极限表，其中最多可配置12 个波动极限带（频带）。

开关电源输出纹波测试方法

模块电源的基本参数及测试方法 HOPLITE 2005-4-1 电源的测试以下主要介绍一些对电源进行性能测试的方法。测试采用标准的开尔文四端测试法。图21为电源输出电压的开尔文四端测量。测量是通过另外一对不同的接触端点和连线来进行的。这对端点上没有负载电流通过，否则会产生毫伏级的测量误差。图21为通用的测试设置。 1. 输出电压精度在标称的输入电压和额定负载下，用高精度的直流电压表来测试输出电压。测量值与标称值之间的差值以百分比来表示就是输出电压精度，其计算公式为：其中U0为标称值，U为测量值。 2. 电压调整率随着输入电压的变化，输出电压会出现一定的变化。输出电压随着输入电压变化的百分比就是电压调整率。在25℃及标称的输入电压和额定负载下，测量：标称输入电压下的输出电压Un0 高输入电压下的输出电压Uh0 低输入电压下的输出电压U10 取最大偏差电压，即取|Uh0-Un0|和|U10-Un0|中的最大值与标称输出电压下的输入电压Un0相比，以百分比来表示，就是电压调整率。 3. 负载调整率随着电源负载的变化，输出电压也会出现一定的变化。输出电压随着负载变化的百分比就是负载调整率。在25℃及标称的输入电压下测量：额定负载下的输出电压Un0 空载或最小负载下的输出电压Uml0 两次测量值的差值即|Un0-Uml0|与Un0相比，以百分比来表示，就是负载调整率。 4. 温度系数在标称输入电压和额定负载下，输出电压随环境温度的变化率称之为温度系数。一般来说，温度升高输出电压下降。把电源放在温度控制箱内，在标称输入电压和额定负载下，测量： 25℃环境温度下的输出电压Un0 升到最高工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压Uht0 降到最低工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压U1t0 分别计算出高温下的温度系数和低温下的温度系数，取两者中教大的数值作为温度系数。高温下的温度系数低温下的温度系数 5. 输出纹波和噪音纹波和杂音是叠加在直流输出电压上的交流成分，对纹波和噪音的测量在额定负载和常温下进行。对于开关型的DC/DC变换器而言，输出纹波电压为一系统带有高频分量的小脉冲，因此通常测量峰-峰值，而不是有效值（RMS）。其测量值用毫伏峰-峰值（mVp-p）表示。例如当一个DC/DC变换器的纹波峰-峰值为50mV时，其RMS值很低，仅为5mV，但是否能用于某一系统，必须要进一步考虑才行。因为所测量的纹波中含有的高频分量，必须使用特殊的测量技术，才能获得正确的测量结果。为了测出纹波尖峰中的所有高频谐波，一般要用20MHz带宽的示波器。其次在进行纹波测量时，必须非常注意，防止将错误信号引入测试设备中。测量时必须去掉探头地线夹，因为在一个高频辐射场中，地线夹会象一个天线一样接受噪音，干扰测量结果。用带有接地环的探头，采用图22所示的测量方法来消除干扰。

电源测试之——精确测量电源纹波1

电源测试之——精确测量电源纹波精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图 1 所示的示例中，一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形，其中包括耦合自电源变压器的磁场，耦合自开关节点的电场，以及由变压器互绕电容产生的共模电流。图1：错误的纹波测量得到的较差的测量结果。利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先，通常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。我们应该为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。其次，通过取掉探针“帽”，并构成一个拾波器（如图 2 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。最后，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 2 显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。

图2：四个轻微的改动便极大地改善了测量结果。实际上，集成到系统中以后，电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其他组件之间几乎总是会存在一些电感。这种电感可能存在于布线中，抑或只有蚀刻存在于PWB 上。另外，在芯片周围总是会存在额外的旁路电容，它们就是电源的负载。这二者共同构成一个低通滤波器，进一步降低了电源纹波和/或高频噪声。在极端情况下，电流短时流经15 nH 电感和10 μF 旁路电容的一英寸导体时，该滤波器的截止频率为400 kHz。这种情况下，就意味着高频噪声将会得到极大降低。许多情况下，该滤波器的截止频率会在电源纹波频率以下，从而有可能大大降低纹波。经验丰富的工程师应该能够找到在其测试过程中如何运用这种方法的途径。精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图1 所示的示例中，一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形，其中包括耦合自电源变压器的磁场，耦合自开关节点的电场，以及由变压器互绕电容产生的共模电流。

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方法集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

一、什么叫纹波？纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作二、纹波、纹波系数的表示方法可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示；单位通常为：mV 例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV 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=10mv/12V=0.12%。三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。四、开关电源纹波的主要分类开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。电源纹波测试纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测

如何用示波器测量电源纹波

如何用示波器测量电源纹波今天的电子电路（比如手机、服务器等领域）的切换速度、信号频率比以前更高，同时芯片的封装和信号摆幅却越来越小，对噪声更加敏感。因此，今天的电路设计者们比以前会更关心电源噪声的影响。实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具，但是如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果，笔者在和用户交流过程中发现很多用户的测试方法不尽正确，所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结，供大家参考。由于电源噪声带宽很宽，所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。但是不能忽略的是，实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。如果要测量的噪声与示波器和探头的噪声在相同数量级，那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。 + ——> probe——> Attenuator——> Amplifier——> A/Dconverter GND——> ProbeNoiseNoise 示波器的主要噪声来源于２个方面：探头的噪声和示波器本身的噪声。所有的实时示波器都使用衰减器来调整垂直量程。设置衰减以后示波器本身的噪声会被放大。比如，当不用衰减器时，示波器的基本量程是５ｍＶ/格，假设此时示波器此时的底噪声是500mvRMS。当把量程改成５０ｍＶ/格时，示波器会在输入电路中增加一个１０：１的衰减器。为了显示正确的电压信号，示波器最后显示时会把信号再放大１０倍显示。因此此时示波器的底噪声看起来就有５ｍＶＲＭＳ了。因此，测量噪声时应尽可能使用示波器最灵敏的量程档。但是示波器在最灵敏档下通常不具有足够的偏置范围可以把被测直流电压拉到示波器屏幕中心范围进行测试，因此通常需要利用示波器的ＡＣ耦合能把直流电平滤掉只测量ＡＣ成分。基于同样的原因，在电源测量中也应该尽量使用１：１的探头而不是示波器标配的１０：１的探头。否则示波器的噪声也会被放大。探头带来的噪声是在在衰减器前面耦合进来的，因此无论衰减比设置多少，探头贡献的噪声都是一定的。但是，在某些不正确的使用方法下，探头可能会带来额外的噪声，一个典型的例子就是使用长地线。为了方便测试，示波器的的无源探头通常会使用１５ｃｍ左右的鳄鱼夹形式的长地线，但是这对于电源纹波的测试却是不适用的，特别是板上存在开关电源的场合。由于开关电源的切换会在空间产生大量的电磁辐射，而示波器探头的长地线又恰恰相当于一个天线，所以会从空间把大的电磁干扰引入测量电路。一个简单的验证方法就是把地线和探头前端接在一起，靠近被测电路（不直接接触）就可能在示波器上看到比较大的开关噪声。因此测量过程中应该使用尽可能短的地线。为了减小开关噪声的影响，另一种比较好的办法是使用差分探头，通常差分探头相比单端探头会有更高的共模抑制比，对于抑制共模噪声会有比较好的效果。最后要注意的一点是，通常电源测试都规定了某个频率范围内的纹波和噪声，比如２０ＭＨｚ以内的，而一般示波器的带宽都大于这个要求，因此测试时可以打开示波器的带宽限

怎样用示波器测量电源PIN的输出波形

怎么用示波器测试摄像头电源波纹测电源纹波电源纹波如何测得？你设计的电源纹波多大？你怎么降低电源的纹波和噪声？以上一系列问题是笔者在面试过程中总结出来的，这也是很多面试硬件工程师很喜欢问的问题。之前的博客多多少少都有提到关于电源纹波和噪声的滤除方法，这里就不再赘述。本小节就讲讲该如何去测得电源纹波和噪声。图1 电源纹波和噪声示意图上图是电源纹波和噪声的示意图，纹波就是电源输出直流中的交流部分，也就是低频部分，而噪声是其中的高频部分。只要我们设计的电源在合理的范围之内，通常认为都是可以的。如5V和3.3V在50mV以下都认为是正常的。一般纹波不能超过供电电压值的1%。图2 利用示波器侧电源纹波的示意图上图是利用示波器去测电源纹波和噪声的示意图。对于我们使用的示波器来说，探头一般是无源探头。关于示波器探头的选取，这里不过多详细的解释，读者可自行搜索资料。就是上面一个简单的示意图，导致很多初级工程师会想当然的用图3来测试电源的纹波。

图3 错误利用示波器侧电源纹波的示意图上述可能是大多初级工程师上来就测试的方法。这种测量往往测得电源纹波值和噪声指偏大，不能尽可能的去显示真实的情况。注意这里的用词，其实示波器也不能完全显示真实的情况，也有一定的偏差，只要在容忍的范围，都是可以接受的。图4 错误利用示波器侧电源纹波的影响图4是利用示波器错误的测量方法所带来的后果，由于地线与探头组成的回路面积太大（由剖面线组成的面积），它相当于一根“天线”，极易受到EMI的干扰，也会吸收空中的其他高频噪声，所以输出的纹波和噪声电压相当大。图5是采用专用示波器测量探头测量的示意图，探头上面的弹簧绕线，一般在购买示波器的时候，都会带有，将常用示波器探头上面的带有鳄鱼夹的地线取下来，然后套上弹簧绕线，这样会构成一个极小的地线和探头之间的回路，最大限度的减少噪声的误入。图23.6是笔者所用的示波器探头。

怎样用示波器测试电源纹波

怎样用示波器测试电源纹波 Last revision on 21 December 2020

一、什么叫纹波（ripple）的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处：容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害；降低了的效率；较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器；会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。二、纹波、纹波系数的表示方法可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示；单位通常为：mV 例如：一个电源工作在稳压状态，其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV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=10mv/12V=%。三、纹波的方法以20M带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式。四、纹波的主要分类开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波；高频纹波；寄生参数引起的共模纹波噪声；器件过程中产生的超高频谐振噪声；闭环调节控制引起的纹波噪声。五、电源纹波测试纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。所用的是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。测量之前需要进行如下设置。

直流纹波系数测试试验方法

直流纹波系数测试试验方法一、纹波系数定义纹波系数：纹波有效值系数和纹波峰峰值系数统称纹波系数；纹波有效值：充电模块当前输出直流电压中交流分量有效值电压；纹波有效值系数：脉动有效值系数含量的均方根与直流分量的绝对值之比；纹波峰峰值：充电模块当前输出直流电压中交流分量中的脉动量峰谷间电压；纹波峰峰值系数：脉动量纹波峰谷间差值（包括噪声）与直流分量绝对值之比；计算纹波有效值系数和纹波值系数：：纹波有效值系数：纹波峰峰值系数：输出电压交流分量有效值：输出电压交流分量峰峰值：直流输出电压平均值

二、测试仪介绍（一）设备外观说明 YW-ZJD 直流纹波系数测试仪 1：液晶屏 2：工作状态指示灯 3：功能选择实体按键 4：电压采集接口 5：电流采集接口 6：串口通讯 7：USB 接口（二）设备的连接检查好各个配件无缺失，无损坏后开始接线：

1.将电压采集线（红黑线）航空头端接至测试仪的电压采集接口，鳄鱼夹端（红正极、黑负极）接至被测线路的正负极（测稳流精度时可以不接电压采样线）。现场接图如上图所示 2.将开口的电流钳表钳在被测线路的正极或负极上，用随机配置的连接线将电流钳表与设备连接（测稳压精度时可以不接电流钳表）。 3.接通测试仪背面的电源，准备开机操作。注意：测直流系统纹波系数可以不接电流钳表。三、测试试验步骤（一）打开测试仪背面的开关，电源灯亮起，设备液晶屏进入主菜单。本测试仪共包括四个主要功能项，由五个主要界面组成，包括主界面、稳压精度测试界面、稳流精度测试界面、纹波系数测试界面、历史记录查看界面。

主菜单（二）设置时间键调整数值，其中年份输入后两位，例2017年输入0017 （三）测量试验数据选择纹波系数测试后，装置开始绘制直流电的纹波波形，在测试过程中实时更新纹波有有效值，峰峰值，直流电电压以及纹波系数。试验测试时间1分钟左右。纹波系数测试

测试电源电压纹波的规范

APPLICATION NOTE HOW TO TEST OUTPUT RIPPLE AND NOISE OF POWER SUPPLIES AN647/05941/3 The switching power supplies (either step-down regulators, or isolated DC-DC converters, or OFF-LINE power supplies) have the fundamental advan-tage of high efficiency i.e. low power dissipation when compared to linear voltage regulation.However the switching technique, that is beneficial to raise the efficiency, has an associated weakness i.e. the output voltage has always an AC content.The typical output ripple and noise of a switching power supply is as shown in fig. 1. Figure 1. Output ripple and noise of a switching power supply Four AC components can be identified:-low frequency ripple at 2f being f the AC mains frequency -high frequency ripple due to Pulse Width Modu-lation (PWM) to obtain the required line and load regulation. -the switching noise that has the same frequency of the switching PWM -the aperiodic random noise that is not related to the AC source frequency and/or the switching frequency. The above mentioned parameters are normally specified by the peak to peak amplitude so that the best method for testing is by an oscilloscope with a bandwidth of 20 MHz. Care must be taken when using the scope probe.Fig. 2 shows a wrong method because the ground wire of the probe can collect radiated noise and the scope display is strongly dependent on the probe position. Fig. 3 shows a better method because the collection of the radiated noise is minimized.