标签: 纯净电源

   噪声有些时候会对被测量造成一些难以预料的影响。在数字电路中，过高的噪声可能会引起误码；而在模拟电路中，如果噪声串入一些诸如放大器的电路，可能会使整个系统的特性发生变化。因此， 如果被测件对直流电源输入中的噪声敏感 ， 肯定需要尽可能地减少输入噪声。 为了达到这个目的，需要从多方方面来考虑。我们为概括了以下这三个最简单可行的步骤：   选择低噪声电源： 从纯净电源开始， 设法将噪声降至最低。       由于电源产生的噪声很难滤除 ， 需要选择一款极低噪声的纯净电源。线性电源往往能够满足这一需求；然而，线性电源的体积较大，容易产生大量的热， 效率低。因而，您还可以选择开关电源。现代开关电源技术已经有大幅提升 ， 输出的噪声可与线性电源相媲美。例如安捷伦的N6761A精密电源模块，其噪声的峰峰值小于4mV， 而有效值更是小于0.5mV.        选择具有低有效值和峰峰值电压噪声的电源， 仅仅是一个良好的开端。通过为被测件与电源之间建立恰当的引线连接 ， 也能最大限度地减少噪声。     屏蔽电源至被测件连接   电源与被测件之间的连接容易受到不同类型噪声的影响和干扰， 包括电感耦合、电容耦合和射频干扰。有很多降低噪声的方法，其中最有效的是确保电源与负载连接的导线和感应线全部使用双绞线，要求更高的在要考虑使用屏蔽电缆。   在使用屏蔽电缆时 ， 要确保将屏蔽的一端接地。如图 1 所示，   屏蔽的一端与电源的地接在一起 ， 否则会增加接地电容。      屏蔽电缆两端不得同时接地 ， 否则会形成接地回路电流。图 2 显示了电源接地和被测件接地之间的电位差所引起的接地回路电流。接地回路电流会在布线上生成电压，表现为被测件中的噪声。     图 2 ： 屏蔽线错误连到电缆的两端，会形成接地回路电流     平衡输出至接地阻抗   共模噪声是共模电流从电源内部流经接地回路时生成的噪声 ，共模电流 会在接地阻抗上和电缆阻抗上产生电压 。为了将共模电流的影响降至最低，需要对电源上的正负输出端的接地阻抗实施均衡。还应当对被测件正负输入端与接地之间的阻抗实施均衡。将共模扼流器与输出引线串联，并在每个接地引线上使用并联电容器，即可完成这个工作。   此外， 在考虑接地线的时候，必须考虑测试系统中，被测件和测试仪器共地，如图3所示。而且这个共地点，必须是一个非常干净的共地点，不能与其它大型设备，例如空气压缩机、贴片机、波峰焊等采用相同的接地。       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    

在工程师们使用电源为被测件供电时，首先需要考虑的是电压、电流、功率，之后可能就是输出噪声了。理想电源应该有完美的 DC 输出， 在通道输出没有串扰信号，也没有任何信号从地线串扰到输出端。 但实际上，电源输出端上都存在有限的噪声； 在输出端与大地之间， 由于阻抗不是无穷大，也存在一些漏电流。 前者称为差模（或串模）电压噪声，后者称为共模电流噪声。 图 1 就是关于 共模与差模噪声源的简图     图 1.   共模与差模噪声简图                                 差模电压噪声是我们通常提到的电源噪声， 其来源主要是与输入电网频率相关的纹波以及其它随机噪声叠加构成。在开关电源中， 高频开关是最重要的纹波和噪声的来源。在高品质台式程控电源中，这两种噪声输出都很小，其噪声电压的峰峰值通常在 2-10mV 。同时，为了减少周围环境引入噪声，需要使用双绞线与被测件连接，并且让电源远离大功率设备及其它噪声源， 以确保差模电压噪声保持在很低的水平。   共模电流噪声是输出端与地之间的电流噪声信号。 通常情况下， 线性直流电源共模电流噪声要远优于开关直流电源。对于一些对噪声很敏感的应用， 如果不注意到这点，就可能会成为问题。下图显示共模电流噪声回路 ，因此，共模噪声本身就是电流信号。        在传统开关程控电源中，共模电流噪声通常要比线性电源高得多。在开关电源中，开关管通常是固定在散热器上，这样它们之间就存在一个寄生电容。开关管的高压转换(dV/dt)在电容上耦合到输出，通过这个寄生电容生成高达上百毫安的峰值高频共模电流。相比之下，正常设计的线性直流电源通常只会生成几微安的峰值共模电流噪声。但值得一提的是，如果设计不慎，线性直流电源仍能够生成几毫安的峰值共模电流噪声。     在回路中，共模电流噪声通过回路上的阻抗，会转化成高频电压噪声， 当这个高频电压噪声叠加在直流输出电压上时，会可能成为问题，它会体现基本与常模噪声基本相同的特征。 当然，这取决于被测件回路中的电流幅度和阻抗不平衡。如果足够大，这要比常模(差模) 电压噪声更加麻烦。一般来说，微安级的线性DC电源可以忽略不计，而传统开关DC电源几百毫安的电流则应该引起关注。因此，尽量减少接地线的长度、实现测试系统的共地都是减少共模噪声的有效方法。 由于共模电流噪声经常被错误理解或忽略，人们可能会留下错误的印象，即开关DC电源有高共模电流噪声，从而认为所有开关电源都不适合进行测试。     但事实证明，共模电流噪声通常对大多数应用并不是问题，大多数应用对噪声相对并不敏感。例如，这里讨论的通信和数字信息系统使用的器件， 在实际使用时就通过开关 DC电源供电。同样，数字电路在电路板上可能会生成相当大的噪声，本身就有明显的噪声余量。        但有些时候，共模电流噪声将会是个问题。 像一些诸如雷达这样灵敏的模拟电路，需要增加滤波后， 才可利用一些高性能的开关电源。这些开关电源可以在测试夹具上采用相应的低通滤波技术，能够衰减共模电流噪声中存在的高频谐波。这些滤波技术还可以有效用于其它高频噪声上的抑制，包括AC源EMI和接地环路拾取的噪声。不管采用哪种电源结构，这些噪声都可能会存在的。        下表汇总了各种 DC 电源典型的共模电流噪声性能。通过认真设计电源，可以最大限度地降低共模电流噪声，使系统开关电源适合低噪声测试的应用要求。例如， Agilent N6762A 电源模块就是开关电源的结构，但其峰值共模电流噪声不到 2 毫安。由于它已经达到甚至优于线性电源的性能，因此不管什么样的应用，其都不可能成为问题。   参数 传统 线性电源 Agilent N6762A 传统开关电源 共模噪声电流 , 20Hz–20MHz 最高几十 uA p-p 2 mA p-p 最高几百 mA pp 表 2: 共模噪声电流特点     由于这个共模电流噪声的存在，对地之间的任何阻抗都会产生一个压降这个压降等于该共模噪声电流乘以阻抗值。为了将它降到最低，可以将电源与被测件共地。 当然，这必须是一个干净的地。此外，任何对地阻抗都应有与之互补的对地阻抗值，从而由于阻抗的平衡抵消了任何产生的电压。当如果这个电路不是以大地为参考，例如差浮地供电，那么共模电源噪声通常就不会成为问题。   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