一、开关电源纹波源

以20M示波器带宽为限制标准，电压为PK-PK(也有测量有效值的)，去除示波器控制头上的夹子和地线(因为夹子和地线本身会形成一个环，比如天线接收杂信，引入一些不必要的杂信)，使用接地环(不使用接地环也可以，但要考虑误差)，在探头上并联10。UF电解电容和0.1UF瓷片电容，直接用示波器探头测试；如果示波器探头不直接接触输出点，应使用双绞线或50Ω测量同轴电缆。

开关电源输出纹波主要来自五个方面：

1.输入低频纹波；2.高频纹波；3.寄生参数引起的共模纹波噪声；4.电源设备开关过程中产生的超高频谐振噪声；5.闭环调节控制引起的纹波噪声。

产生电源纹波的因素有很多，即由于负载波动，电池供电也会产生纹波。根据来源或频率，纹波主要分为 5 类别：工频变压器、高频干扰脉冲、寄生电容或电感、开关设备、调节控制环引起的纹波。 1.工频变压器的纹波： 低频纹波主要来自工频 50Hz 变压器是我国供电中最常用的变压器。纹波电压的频率通常是 50nHz， n 取自然数，大小取决于整流电路的类型；因此，该电源的输出端纹波幅值小，易于过滤。通常，纹波可以做几个 mV。 二、高频干扰脉冲： 高频干扰的振幅和频率通常非常大，通常大于其他类型的纹波： 在导通和截止日期，开关电源的开关管会产生与开关上升和下降频率值相同或奇数倍的噪声， 一般为几十 MHz。噪声振幅与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态和 PCB 与设计有关； 反向恢复时，二极管， 其等效电路是电阻电容和电感的串联，会引起谐振，引起几十个噪声频率 MHz; 高频变压器的泄漏也会产生高频干扰。 3.寄生电容或电感纹波： 寄生电容器存在于开关管与散热器底板与变压器原侧与副侧之间，导线存在寄生电感。因此，当电压作用于电源设备时，开关电源输出共模纹波噪声。 4调节控制环路引起的纹波： 在实际电路中，控制环应有时间响应，不能进行线性调节，因此输出电压会突然高低，导致纹波。 5.开关设备产生的纹波： 随着开关，电感中的电流会波动；因此，开关电源输出端也会出现与开关频率相同的纹波，可能是几十到几百 KHz，其尺寸及开关电源输出电容的容量 ESR 有关。

输出纹波主要来自五个方面：开关电源输出纹波的主要来源

1.输入低频纹波：

- 增加输出低频滤波器的电感、容量和数量。低频纹波和输出电路的滤波容量esr相关：

* 充放电时的电压升降：vripple1=imax/(co×f)------增加输出电容值可以减少纹波，

* 当电流进出电容时esr上电压降量：vripple2=?i*esr----并联减少esr值，或使用low esr能减少纹波的电容；

- 但是，电容的容量不能无限期地增加，因此可以采用额外的前馈控制方法来降低频纹波的重量（前馈控制feed forward control(ffc)是按照扰动产生校正作用的一种调节方式，其目的是加速系统响应速度，改善系统的调节品质，主要用于一些纯滞后或容量滞后较大的被控参数的控制)；

- 增加输出线(trace)的宽度。

2.高频纹波： 高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路

- 为了提高高频纹波频率，适当提高开关频率，

- 采用多级滤波。

3.寄生参数引起的共模纹波噪声：主要是由于电源器件与散热器底板之间的寄生电容和变压器原、副边之间的寄生电感。

- 减少与控制功率器件、变压器和外壳之间的寄生电容，有效接地散热器（可通过电容器或电容串电阻接地），并在输出侧增加共模电感和电容器，

- 减少开关尖刺范围（减少泄漏、开关管和整流管的寄生电容，适当调整rcd参数等）。

4.电源器件开关过程中产生的超高频谐振噪声主要来自：

- 二极管结电容在高频整流反向恢复过程中与线路寄生电感的谐振，其频率一般为1-10mhz；超高频谐振噪声可通过选择软恢复特性二极管、结电容小的开关管和降低布线长度来降低。

- 分布及寄生参数引起的开关电源噪声

* 开关电源的分布参数是多数干扰的内在因素，开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是噪声源。

* 共模干扰是通过变压器初次分布电容和开关电源与散热器分布电容传输的。变压器绕组的分布电容与高频变压器绕组结构和制造工艺有关。

* 绕组间的分布电容可以通过改进绕组工艺和结构、增加绕组间的绝缘、使用法拉第屏蔽来减少。

* 开关电源与散热器之间的分布电容与开关管的结构和开关管的安装方法有关。屏蔽绝缘垫可减少开关管与散热器之间的分布电容。

- 设计pcb板材最好注意以下几点：

* 最好按顺序从输入到输出走线；

* 取样电路、保护电路、主芯片和振荡相关电路不在开关变压器下及附近采用；

* 输出滤波电容采用总接地点比较合适，各电路接地点应分别从总接地点引出；

* 驱动信号到开关管尽可能短，尽可能粗，开关变压器到输出整流管也一样；

5. 闭环调节控制引起的纹波噪声

-调节器的补偿可以抑制调节器自激引起的纹波增大；

- 合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数。开环放大倍数过大，有时会引起调节器振荡或自激，增加输出线的含量。开环放大倍数过小会降低输出电压的稳定性，增加线波含量.因此，应合理选择调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数，并根据负载条件进行调整，以获得足够的环路稳定裕度。

- 纯滞后滤波环节在反馈通道中不增加.将延迟滞后降到最低.为了提高闭环调节的快速性和及时性，有利于抑制输出电压纹波

二、示波器测纹波的方法

开关电源输出纹波主要来自哪五个方面？ - 测量仪表 - 电子爱好者网

纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中非常重要的标准。特别是对于特殊用途的电源，如激光电源，纹波是其致命的关键之一。因此，电源纹波的测试非常重要。

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;

另一种是电流信号测量方法。

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的电压信号。对于恒流源的测试，一般采用电压探头测量采样电阻两端的电压波形。在整个测试过程中，示波器的设置是否能采样到真实信号的关键。

所用仪器为：配有电压测量探头TDS1012B示波器。

以下设置需要在测量前进行。

1.通道设置：

耦合：即通道耦合的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号。因此，我们可以通过测试纹波信号来删除直流信号，并直接测量叠加的交流信号。

宽带限制：关闭

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×这里的探头选项也必须设置为10档×10档。

2.触发设置：

类型：边沿

信源：实际选择的通道，如准备CH测试1通道时，应选择此处CH1。

斜率：上升。

触发：如果实时观察纹波信号，则选择自动触发。示波器会自动跟随实际测量信号的变化并显示。此时，您还可以通过设置测量按钮实时显示您需要的测量值。但是，如果您想在测量过程中捕捉信号波形，则需要将触发设置为正常触发。此时，还需要设置触发电平的大小。一般来说，当你知道你测量的信号峰值时，将触发电平设置为测量信号峰值的1/3。如果不知道，触发电平可以设置得稍微小一点。

耦合：直流或交流…，一般采用交流耦合。

3.采样长度(秒/格):

采样长度的设置决定了是否可以采样到所需的数据。当设置的采样长度过大时，实际信号中的高频成分将被遗漏；当设置的采样长度过小时时时，只能看到测量的实际信号的局部部分，也无法获得真实的实际信号。因此，在实际测量中，需要来回旋转按钮，仔细观察，直到显示的波形是真实和完整的波形。

4.采样方式：

可根据实际需要设置。例如，需要测量纹波P-P最好选择峰值测量法。采样次数也可根据实际需要设置，这与采样频率和长度有关。

5.测量：

通过选择相应通道的峰值测量，示波器可以帮助您及时显示所需的数据。同时，您也可以选择相应通道的频率、最大值、方形根值等。

所需的纹波信号必须通过合理设置和标准化的示波器操作获得。但在测量过程中，必须注意防止其他信号干扰示波器探头本身，以免测量的信号不够真实。

通过电流信号测量法测量纹波值是指测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于对纹波指纹波指标的恒流源，即需要较小纹波的恒流源，可以通过直接测量电流信号获得更真实的纹波信号。与电压测量方法不同，这里还使用了电流探头。例如，继续使用上述示波器，添加电流放大器和电流探头。此时，输出电流的纹波信号只能通过电流探头夹住输出到负载的电流信号来测量。示波器和电流放大器的设置与电压测量法一样，是在整个测试过程中采样真实信号的关键。

事实上，当用这种方法测量时，示波器的基本设置和用法与上述相同。不同的是，通道设置中的探头设置不同。在这里，需要选择电流探头。然后，选择探头的比例必须与放大器设置的比例相同，以便从示波器读取的数量是真实数据。例如，使用的放大器的比例设置为5A/V，此时，这个示波器也需要置为5A/V。至于电流放大器的耦合方式，当示波器的通道耦合已经选择为交流耦合时，则这里选择交流或直流都可以。

需要注意的是，用这种方法时，需先打开示波器，然后再打开电流放大器。且记得在使用前对电流探头先消磁。

另外，测量电源纹波本身有一定技巧性。不当使用示波器测量电源纹波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。

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。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。可以看到，高频尖刺已几乎消除。

事实上，当电源集成到系统中之后，电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其它部分之间几乎总会存在一定量的电感。电感可能是由导线或在印刷线路板上的蚀刻线形成的，而在芯片附近总会有作为电源负载的附加旁路电容，这两者形成低通滤波效应并进一步降低电源纹波和/或高频噪声。

举一个极端的例子，由电感量为15nH的长一英寸的短线和电容量10μF的旁路电容构成的滤波器，其截止频率为400kHz。该实例意味着能大幅减少高频噪声。该滤波器的截止频率比电源纹波频率低很多倍，可以切实降低纹波。聪明的工程师应该在测试过程中设法利用它。