本文介紹了直流電源紋波測(cè)試儀和電源紋波系數(shù)的概念。介紹四種抑制電源紋波的方法，RLC濾波法、共模濾波法、鐵氧體磁環(huán)濾波法以及組合濾波法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到四種方法的濾波效果，并總結(jié)了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)比較得出，使用組合濾波方法可以有效降低電源紋波。

直流電源紋波測(cè)試儀

引言

電源的主要作用是為電子產(chǎn)品提供電能，但供電的同時(shí)不可避免地會(huì)引入紋波、噪聲等，使電子系統(tǒng)甚至整個(gè)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠度降低。電壓紋波能極大地影響到電源的各個(gè)電路，如A/D變換電路、運(yùn)算放大電路、整流濾波電路等。通常的應(yīng)用中有以下危害,產(chǎn)生不期望出現(xiàn)的諧波而造成過(guò)壓或過(guò)流引發(fā)事故;增加附加損耗，降低用電設(shè)備的效率和利用率;使設(shè)備運(yùn)行不正常、加速老化、縮短壽命;使繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或不能正常動(dòng)作;使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器儀表出現(xiàn)偏差;干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)傳輸質(zhì)量，甚至損壞通信設(shè)備。因此，在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí)，需要準(zhǔn)確地測(cè)量紋波，并將紋波抑制在一定范圍內(nèi)。

什么是電源紋波與紋波系數(shù)

嚴(yán)格來(lái)講，穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓不是完全穩(wěn)定不變的，輸出直流電壓中的脈動(dòng)直流電不平滑，含有大量交流電成分，由于濾波電路性能各異，雖可以濾去大部分的交流電成分，但不能完全濾除。整流濾波后的穩(wěn)壓電路是利用電路的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定，使交流電成分降低到最小。這種伴隨穩(wěn)定電壓輸出的不能完全濾除的交流電成分叫紋波電壓（紋波電壓即直流電壓中的交流成分）。

為了表征直流穩(wěn)壓電源濾波的性能，引入紋波系數(shù)的概念。定義紋波系數(shù)ψ為紋波電壓有效值Vr與直流輸出電壓Vo的百分比值，紋波系數(shù)是評(píng)價(jià)直流電源穩(wěn)定純凈輸出的重要指標(biāo)。得到紋波系數(shù)則需提前測(cè)量紋波電壓。

電源紋波的測(cè)量

準(zhǔn)確測(cè)量電源紋波一般需要兩種儀器，即電子負(fù)載與相關(guān)測(cè)量?jī)x表(紋波電壓測(cè)試儀)。電子負(fù)載方便調(diào)整電流，一般設(shè)定在恒阻模式，測(cè)量?jī)x表讀出紋波數(shù)值。將讀值代入公式，可計(jì)算得到紋波系數(shù)。

抑制電源紋波的方法

抑制穩(wěn)壓電源輸出電壓的紋波，一般采取的方法有以下四種：RLC濾波法、共模濾波法、鐵氧體磁環(huán)濾波法以及三種方法的組合。

1.RLC濾波法

RLC濾波法不一定把電阻、電感器和電容器都用上，根據(jù)理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)值，可以采取單獨(dú)電容濾波法以及電感電容組合濾波法，都可取得比較理想的濾波效果。

2.共模濾波法

電源輸出端加共模扼流圈以及Y電容器去耦，衰減共模紋波。扼流圈中的寄生電感形成LC濾波器，濾除差模紋波。值得注意的是，共模扼流圈體積比電容器或電感器要大幾倍，如果考慮電源電路板的有效面積，尤其是開(kāi)關(guān)電源功率密度要求很高時(shí)，則無(wú)法使用共模扼流圈。

3.鐵氧體磁環(huán)濾波法

電源輸出端的電源接線上直接穿繞一個(gè)鐵氧體磁環(huán)，和共軛濾波法相比非常接近，但鐵氧體磁環(huán)簡(jiǎn)單，可以根據(jù)電源的尺寸要求做相應(yīng)的定制。因此它目前已廣泛應(yīng)用在印制電路板、數(shù)據(jù)線和電源線的濾波上。

它在高阻抗電路中的作用并不明顯，在低阻抗電路(如功率分配、電源或射頻電路)中使用將非常有效。

4.組合濾波法

實(shí)際的電源濾波電路設(shè)計(jì)中，為了使濾波效果更好，一般選擇幾種濾波方法的組合。其中比較簡(jiǎn)單有效的辦法是電容濾波法和鐵氧體磁環(huán)的組合,和以上三個(gè)濾波方法相比，組合濾波法效果最明顯。

當(dāng)把RLC濾波法和鐵氧體磁環(huán)濾波法組合時(shí)，其抑制電壓紋波效果最好。由于RLC濾波法和鐵氧體磁環(huán)濾波法都簡(jiǎn)單而易于操作，所以在設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)，應(yīng)權(quán)衡系統(tǒng)對(duì)電源的要求和預(yù)算的大小，重點(diǎn)采用這兩種濾波方法或其組合。

總結(jié)

通過(guò)常用濾波方法的組合，能有效抑制電源紋波。在濾波電路設(shè)計(jì)比較嚴(yán)格和預(yù)算準(zhǔn)許的情況下，可以采用組合濾波法抑制電源紋波，從而提高電源的穩(wěn)定性與可靠性。

現(xiàn)在的電子產(chǎn)品由于體積的要求越來(lái)越嚴(yán)格，其電源部分大都采用開(kāi)關(guān)電源模塊。因此電源設(shè)計(jì)工程師一定要考慮開(kāi)關(guān)電源的紋波抑制和電路板的合理布局。本文提出的濾波方法，為電源設(shè)計(jì)工程師提供了一定的參考，可以綜合考慮所設(shè)計(jì)的電源大小、技術(shù)要求、用途和預(yù)算，恰當(dāng)?shù)剡x擇合適的濾波方法，設(shè)計(jì)出符合市場(chǎng)需求的合格電源。