这里介绍两种同轴电缆测量装置。图7是在被测电源的输出端接R、C电路后经输入同轴电缆(50Ω)后接示波器的AC输入端;图8是同轴电缆直接接电源输出端,在同轴电缆的两端串接1个0.68μF陶瓷电容及1个47Ω/1w碳膜电阻后接入示波器。T形BNC连接器和电容电阻的连接如图9所示。
图7 同轴电缆测量装置1
图8 同轴电缆测量装置2
图9 T形BNC连接器和电容电阻的连接
纹波和噪声的测量标准
以上介绍了多种测量装置,同一个被测电源若采用不同的测量装置,其测量的结果是不相同的,若能采用一样的标准测量装置来测,则测量的结果才有可比性。近年来出台了几个测量纹波和噪声的标准,本文将介绍一种基于JEITA-RC9131A测量标准的测量装置,如图10所示。
图10 基于JEITA-RC9131A测量标准的测量装置
该标准规定在被测电源输出正、负端小于150mm处并联两个电容C2及C3,C2为22μF电解电容,C3为0.47μF薄膜电容。在这两个电容的连接端接负载及不超过1.5m长的50Ω同轴电缆,同轴电缆的另一端连接一个50Ω的电阻R和串接一个4700pF的电容C1后接入示波器,示波器的带宽为100MHz。同轴电缆的两端连接线应尽可能地短,以防止捡拾辐射的噪声。另外,连接负载的线若越长,则测出的纹波和噪声电压越大,在这情况下有必要连接C2及C3。若示波器探头的地线太长,则纹波和噪声的测量不可能精确。
另外,测试应在温室条件下,被测电源应输入正常的电压,输出额定电压及额定负载电流。
不正确与正确测量的比较
1探头的选择
图11是用AAT1121芯片组成的降压式DC/DC转换器电路及测量正确和不正确的波形图。若采用普通的示波器探头来测量(如图12所示),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,其输出的纹波和噪声电压相当大(见图11中右面的示波器波形图中绿色的纹波和噪声波形)。若采用专用的测量探头(如图13所示),它的地线极短,探头与地线组成回路面积较小,受到EMI干扰极小,其输出纹波和噪声波形如图11右面的红色线所示。这例子说明一般通用示波器的探头是不能用的。
图11 AAT1121电路测量波形
图12 用普通示波器探头测得的波形
图13 用专用测量探头测得的波
2 探头与测试点的接触是否良好
以金升阳公司的1W DC/DC电源模块IF0505RN-1W为例,采用专用探头靠测法,排除外界EMI噪声干扰,探头接触良好时,测出的纹波和噪声电压为4.8mVp-p,如图14所示。若触头接触不良时,则测出的纹波和噪声电压为8.4mVp-p,如图15所示。
图14 电源模块IF0505RN-1W测试波形(接触良好)
图15 电源模块IF0505RN-1W测试波形(接触不良)
这里顺便再用普通示波器探头测试一下,其测试结果是纹波和噪声电压为48mVp-p,如图16所示。
图16 电源模块IF0505RN-1W测试波形(普通探头)
减小纹波和噪声电压的措施
开关电源除开关噪声外,在AC/DC转换器中输入的市电经全波整流及电容滤波,电流波形为脉冲,如图17所示(图a是全波整流、滤波电路,b是电压及电流波形)。电流波形中有高次谐波,它会增加噪声输出。良好的开关电源(AC/DC转换器)在电路增加了功率因数校正(PFC)电路,使输出电流近似正弦波,降低高次谐波,功率因数提高到0.95左右,减小了对电网的污染。电路图如图18所示。
图17 开关电源整流波形
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