摘要：本文簡述了開關電源紋波噪聲測試方法及延伸，同時分享紋波噪聲測試使用設備，以及給出紋波噪聲測試的具體方法，供大家學習參考。

一、開關電源輸出紋波產生原因

紋波是輸出直流電壓的波動，與開關電源的開關動作有關。每一個開、關的過程，電能從輸入端被“泵到”輸出端，形成一個充電和放電的過程，從而造成輸出電壓的波動，波動頻率與開關的頻率相同。紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰-峰值，其大小與開關電源的輸入電容和輸出電容的容量及品質有關。一般我們看到的紋波和噪聲的形式如下圖1-1所示。

01 開關電源輸出噪聲產生的原因

1.開關器件的開關行為：開關電源中的開關器件（如MOSFET、IGBT等）在高速開關過程中，會引起電流和電壓的急劇變化。這種瞬態(tài)變化在電源的輸出端表現(xiàn)為電壓波動，即噪聲。尤其是在開關管高速開通與關斷時，其導通與截止期間會產生很大的沖擊電流，從而在輸出端形成噪聲。

2.當整流二極管由正向導通狀態(tài)轉變?yōu)榉聪蚪刂範顟B(tài)時，?會經歷一個反向恢復過程。?在這個過程中，?已經導通的二極管在突然加上反向電壓的一段時間內，?電流下降到零以后，?并不立刻停止導通，?而是處于反向低阻狀態(tài)。?此時，?在反向電壓作用下，?載流子進入復合過程，?導致反方向繼續(xù)流過電流。?當載流子復合完畢，?反向電流才迅速衰減到零。?這個階段中，?電路產生強烈的過渡過程，?在關斷元件兩端產生極高的過電壓，?即換流過電壓，進而以噪聲的形式體現(xiàn)在輸出電壓上。

3.盡管開關電源中通常包含濾波電路（如LC濾波器、電容濾波器等）來平滑輸出電壓，但這些濾波電路可能無法完全濾除高頻噪聲和諧波。未被濾除的部分就會在輸出端形成噪聲。

4.外部環(huán)境中的電磁輻射可能通過電源線、信號線或空間耦合進入開關電源的輸出端，導致測試中出現(xiàn)高頻噪聲。

5.如雷電、靜電等自然現(xiàn)象也可能對開關電源產生干擾，導致噪聲的產生。

6.開關電源的PCB布局如果不合理，如開關器件、濾波電容、電感等關鍵元件的布局過于緊密或不合理，可能會導致電磁干擾的增加，從而增大輸出噪聲。

7.電路設計中元器件的參數選擇不當也可能導致噪聲的產生。例如，濾波電容的容量不足或ESR（等效串聯(lián)電阻）過大，都會使噪聲增大。

8.開關電源的結構設計如果不合理，如散熱不良、屏蔽措施不到位等，也可能導致噪聲的產生。

9.穩(wěn)壓電源芯片輸出的電壓不穩(wěn)定時，會產生一定的紋波和噪聲。這可能是由于穩(wěn)壓芯片的直流輸出端產生誤差、電源噪聲的峰值幅度造成開關頻率的上升沿或下降沿出現(xiàn)錯誤等原因導致的。

02 噪聲與紋波的區(qū)別

在工程上，在對電源進行測試時，一般并不刻意地把紋波和噪聲分開，測量的是紋波和噪聲兩者的合成干擾，用峰-峰值表示。

二、紋波噪聲測試使用設備

通常針對開關電源紋波測試，需要以下幾類設備：

1.供電電源：通常為交直流兩用線性電源，滿足ACDC、DCDC電源測試需求；

2.電子負載：直流電子負載，為開關電源模擬各類帶載情況；

3.示波器：設置好示波器，將紋波噪聲數據顯示在屏幕上；

三、紋波噪聲測試方法

紋波和噪聲是疊加在直流輸出上的周期性和隨機性交流成分，它也影響著輸出精度，一般對紋波和噪聲示波器采用峰-峰值計量(mVp-p)，紋波屬于是交流成分，所以“通道耦合”方式可使用“交流”方式，限制直流信號的輸入。

第一步，先將示波器帶寬設置為20MHz，可以有效濾除環(huán)境中耦合進的高頻干擾；

?電源輸出時，?電源自身的開關頻率會引起紋波，?而通過設置示波器的帶寬限制為20MHz，?可以有效地濾除高頻噪聲，?從而捕捉到真實的紋波情況。?這是因為電源的頻率通常較低，?而太高頻的噪聲往往是由示波器或空間輻射引起的，?并不能真正反映電源紋波的大小。?通過限制帶寬至20MHz，?可以確保測量結果反映的是電源本身的問題，?而不是外部引入的高頻干擾。

第二步，采用平行線測試法、雙絞線法或靠測法，如圖3-1 3-2。

1.平行線測試法：平行線測試法主要用于測量電源模塊或信號線的紋波噪聲。通過將測試線布置成平行線，可以模擬實際工作環(huán)境中的信號傳輸情況，從而更準確地測量紋波噪聲。

優(yōu)點：

①接近實際工作環(huán)境：平行線測試法能夠模擬實際工作環(huán)境中的信號傳輸情況，提高測試結果的可靠性。

②易于實施：相對于其他復雜的測試方法，平行線測試法的實施相對簡單。

注意 ：

（1）C1=1uF（高頻陶瓷電容）；

（2）C2=10uF（電解電容），耐壓值降額80%以上；

（3）兩平行線銅箔帶之間的距離為2.5mm，兩平行銅箔帶的電壓降之和應小于輸出電壓值的2%。

2.雙絞線測試法：利用雙絞線的平衡傳輸特性，減少信號傳輸過程中的串擾和干擾。在數據傳輸和信號傳輸領域，雙絞線因其良好的抗干擾性能而得到廣泛應用。

優(yōu)點：

①抗干擾能力強：雙絞線的平衡傳輸特性能夠有效減少信號傳輸過程中的串擾和干擾。

②傳輸距離遠：相對于單線傳輸，雙絞線傳輸能夠支持更遠的傳輸距離。

采用30cm長、#20AWG線規(guī)組成的雙絞線與被測開關電源的Vo及0V連接，在Vo與0V之間接上阻性假負載。在雙絞線末端接一個10μF電解電容，在測量點連接時，一端接在Vo上，另一端接到0V上。

3.靠測法：主要用于屏蔽高頻噪聲干擾，以確保測試結果的準確性。在電源模塊或信號傳輸線的測試中，高頻噪聲往往會對測試結果產生顯著影響，而靠測法通過特定的測試布局和屏蔽措施，能夠有效減少這些干擾。

優(yōu)點：

①減少干擾：靠測法通過物理屏蔽和布局優(yōu)化，顯著降低高頻噪聲對測試結果的影響。

②提高精度：在減少干擾的基礎上，靠測法能夠提供更精確的測試結果。