标签: 电源纹波和噪声

不同种类的电源， 其噪声指标有着非常大的差别，从上百毫伏峰峰值的电源适配器，到峰峰值只有几毫伏、有效值在微伏级的程控电源。 为了最大程度减小对被测件的影响，需要把可编程电源输出的纹波和噪声尽量降低。   下图显示的是不同种类电源的大致噪声范围      对于高品质的程控电源，其噪声的峰峰值通常需要在 10mV 以下。 这里需要特别注意的是， 在厂家电源产品手册中列出的噪声指标，必须在电源标定的最大输出电压和电流输出情况下，测试其输出噪声值获得的纹波噪声指标。     安捷伦众多可编程电源的输出噪声的峰峰值只有 2-3mV. 如果利用通常的示波器电子负载的噪声测量方法来测量这么低的噪声，会有很大的困难， 而且也会有很大的误差。这是因为：   1．   测量噪声峰峰值的经典仪器是示波器，但绝大多数示波器的本底噪声都高于 1mV. 这样，电源本身的噪声可能被淹没在了示波器的本底噪声中，而无法测量。 虽然目前市面上出现了高分辨率的示波器，但由于其本底噪声的指标没有根本改善，这个问题还是没办法解决。 2．   在噪声测量是，需要负载来牵引电源的输出， 通常会用到电子负载。 但 电子负载本身的噪声将会直接影响到电源噪声的测量          因此，为了测量出高性能程控电源的微小噪声，必须采用与常规电源噪声测量不同的方法。在下面这段视频中，我们介绍了安捷伦的测量方法。   1．   电源在噪声测试时，将输出设为最高输出值，这样可以测量获得最恶劣的噪声情况 2．   采用固定电阻作为牵引负载，避免电子负载噪声引起的测量误差 3．   采用 10倍 增益的高品质差分放大器， 首先将噪声放大，再用示波器进行测量 4．   利用 30MHz 的有效值电压表测量噪声的有效值   观看安捷伦程控电源噪声测量过程视频，请访问： http://v.youku.com/v_show/id_XNTAzMTYwODAw.html?f=17488112         程控电源技术和应用指南（1）–线性程控电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（2）–程控开关电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（3）- 恒压和恒流输出模式 程控电源技术与应用指南（4）- 纹波和噪声 程控电源技术与应用指南（5）- 超低纹波和噪声的精确测量方法   程控电源技术和应用指南（6）- 减小电源到被测件的噪声     程控电源技术和应用指南（7）- 电源的串联和并联

     程控开关电源要要比线性电源复杂得多。 下图是典型的开关电源工作原理图。   首先对 220V/50Hz 的 AC 输入，通过桥式整流器进行整流 储能电容对整流后的波形进行 滤波，提供未稳压的高压 DC ，为下一步 DC 到 DC 转换电路供电。   功率晶体管开关将直流转换为 20 kHz - 200kHz 高压高频脉冲。   根据输出电压的要求，选择适当线匝比率的 高频 脉冲电压变压器   这个变压器将 高频 脉冲高电压整流成低电压的脉冲。由于变压器工作在高频状态下，通过变压器铁芯的能量与频率成正比，因此，在开关电源中的变压器体积可以远小于同等功率的线性电源的变压器，从而大幅度降低了电源的体积和重量。   双二极管整流电路，将低电压的脉冲调整为带有纹波的直流，   LC ( 电感器 - 电容器 ) 网络进一步对带有纹波的直流进行 滤波，将其平均成为连续、稳定的 DC 电压输出。   与线性电源一样，差分信号放大器比较 DC 输出电压与参考电压的差值，将输出电压稳定在期望的设定值上。   调制器电路把差分信号放大器的信号转换成高频脉宽调制的波形，驱动开关电源晶体管。如果需要更多的输出，就加大占空比；反之，就减小占空比。由于利用开关的占空比的不同控制输出能量大小，因此，在开关上的损耗就会小得多。相比于线性电源，其节能效果是非常明显的。        随着开关电源的工作频率越来越高，很多大功率的开关电源体积也能做得很小，例如安捷伦的 N5700 750W/1500W 系列可编程电源，只有 1U 的高度，标准机架宽度。而 N8700 3.3KW/5KW 系列电源，也只有 2U （接近 10cm ）的高度。即便同时并联 4 台 5KW 的电源，到达 20KW 的输出功率，也只有不到 0.5 米的高度。相比于我们又是在很多工厂看到的装在一个大机柜中的 20KW 电源，要小得很多。而且，由于这一系列电源的效率接近于 90% ， 功率因数更是达到了 99% ， 每年省下的电钱都可能是一大笔。   安捷伦 N5700 和 N8700 系列电源        在开关电源中，由于存在开关这样的高频器件，会产生比较高的纹波和噪声。特别是由于大功率开关管往往固定在散热器上，开关管与散热器之间存在寄生电容，这样，在开关管工作在高频情况下时，会引起比较大的共模电流，从而可能会导致更大的噪声。因此，对于普通的开关电源来说，无论是差模噪声还是共模噪声，都会高于线性电源一个数量级以上。       但随着开关电源技术的发展，很多新的技术用在了高性能可编程开关电源中，使其噪声大幅度下降。 安捷伦的有些高性能开关电源的噪声指标， 甚至已经与精密的线性电源相当。例如安捷伦的 N6700 系列模块化电源系统，其密度约比同类的线性电源高出数倍。它拥有最高 4 个输出，在 1U 高的封装中提供总计高达 1200 瓦的输出功率。 有些模块的输出噪声完全与线性电源相当。例如 N6762A 50V/100W 精密模块，在满负载的输出情况下， 其噪声仅为 4mVpp / 0.5mVrms 。   了解更多安捷伦的电源，可以登录优酷网站观看视频演示： N5700 系列电源： http://v.youku.com/v_show/id_XMzczNzMzMTgw.html?f=17488112 http://v.youku.com/v_show/id_XMzczNzMzMTgw.html?f=17488112     N8700 系列电源   http://v.youku.com/v_show/id_XMzYxMjMzNzIw.html?f=17488112   N6700 系列电源： http://v.youku.com/v_show/id_XMzU4ODk2NTYw.html?f=17488112   N6705 直流电源分析仪： http://www.youku.com/playlist_show/id_18816127.html     N6700 模块化电源系统和 N6705 直流电源分析仪   程控电源技术和应用指南（1）–线性程控电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（2）–程控开关电源的工作原理 程控电源技术和应用指南（3）- 恒压和恒流输出模式 程控电源技术与应用指南（4）- 纹波和噪声 程控电源技术与应用指南（5）- 超低纹波和噪声的精确测量方法   程控电源技术和应用指南（6）- 减小电源到被测件的噪声     程控电源技术和应用指南（7）- 电源的串联和并联