电源纹波的测试方法
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇电源纹波的测试方法范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
电源纹波的测试方法范文第1篇
1.引言
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，纹波系数通常要大一些，但是纹波系数又是开关电源的一项重要指标，如果纹波大就会影响电子电路的正常工作，出现信号源的不纯净，放大器噪声与过载等问题。本文针对开关电源的纹波进行研究，并提出抑制开关电源纹波的方法。
2.开关电源的原理
开关稳压电源的核心是电压深度负反馈的脉冲宽度调制器，功率器件工作于开关状态，因此功率低，效率高。开关电源因省去了笨重的工频变压器而使体积和重量都有不同程度的减少和减轻，被广泛地应用在许多输出电压、输出电流较为稳定的场合，开关电源的主电路图如图1。
图1开关电源主电路图
由电路图可以看出，市电经整流滤波后变为311V高压，经K1K4功率开关管有序工作后，变为脉冲信号加至高频变压器的初级，脉冲的高度始终为311V。当K1、K4开通时，311V高压电流经K1正向流入主变压器初级，经K4流出，在变压器初级形成一个正向脉冲，同理，当K2、K3开通时，311V高压电流经K3反向流入主变压器初级，经K2流出，在变压器初级形成一个反向脉冲。由于开关电源的工作原理，使其纹波噪声不可避免，而开关电源发展的重要方向是高频、高可靠、低纹波。为了抑制干扰纹波，减少在感应回路中的电压，防止电源纹波影响下一级电路的性能有必要先分析一下开关电源纹波产生的原因。
3.开关电源纹波产生的原因
我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，随着SWITCH的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个。
另外，SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十兆赫。
如果是AC／DC变换器，除了上述两种纹波（噪声）以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为50～60Hz左右。还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。
4.开关电源纹波抑制方法
对于开关电源纹波，理论上和实际上都是一定存在的。为了实现开关电源的低纹波输出，对低频电源噪声必须采取滤波措施；对于高频噪声，开关电源需要依靠功率器件对输入直流电压进行高频变脉宽波斩波而后整流滤波实现稳压输出的。受功率器件开关损耗的限制，电源的开关频率一般取20KHz-100KHz，开关频率越高，电感电容越大，则输出波纹越小。在其输出端含有与斩波频率同频的高噪声，其大小主要和开关电源的开关频率及输出滤波器的结构和参数有关。下面我们提出抑制或减少电源纹波的有效方法：
1．加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
同样，输出电容Co与纹波电压Vp_p的关系：Co=Ipk（Ton+Toff）/8Vripple（p_p），可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且等效串联电阻（ESR）也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。同时，开关电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端，并联电容来提供电流。
2．二级滤波，再加一级LC滤波器。
LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波。但是这种情况下需要考虑反馈比较电压的采样点。采样点选在LC滤波器之前，输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，在电感上会有压降产生，导致电源的输出电压降低，而且这个压降是随输出电流变化的。
采样点选在LC滤波器之后，这样输出电压就是我们所希望得到的电压，这样的缺点是在电源系统内部引入了一个电感和一个电容，有可能会导致系统不稳定。
3．开关电源输出之后，接低压差线性稳压器（LDO）滤波。
这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本最高，功耗最高的办法。任何一款LDO都有一项指标：噪音抑制比。对几百千赫的开关纹波，LDO的抑制效果非常好。但在高频范围内，该LDO的效果就不那么理想了。
4．正确合理的印制电路板（PCB）布线
开关电源PCB排版是开发电源产品中的一个重要过程。
对减小纹波，开关电源的PCB布线也非常关键，许多情况下，一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作，原因是该电源的PCB排版存在着许多问题。开关电源的纹波太大，或者开关电源产生的电磁干扰影响到其电子产品的正常工作，所以正确合理的电源PCB排版就变得非常重要。注意PCB的布局、布线和接地，可以减少开关电源波纹。
在选用滤波元件时，一般只说要满足脉动要求，在安装尺寸容许的前提下，采用较大的L较小的C或采用较小的L较大的C均可。但是在实际中需要考虑输出电压冲击值及其动态响应特征，电感量愈大，冲击值越大，动态响应也越大。
滤波器的计算式复杂的，在设计中，常常是按照一定的范围选取L和C，通过在线路中试验，测试各项指标，并根据测试值修正元件值，以选取合适的元件，电容器要选高频性能好的无感聚苯乙烯电容、陶瓷电容、铝电解电容等。
5.结束语
开关电源由于功耗小效率高，体积小，重量轻，稳压范围广，电路形式灵活等特点，广泛地应用于计算机、通信等各类电子设备。本文提出的抑制开关电源波纹方法我们在设计开关电源的时都有研究及使用，这些方法有各自的优缺点，选择合适的方法关键是根据自己的设计要求，比如产品体积，成本，开发周期等。
参考文献
1 孟建辉.开关电源的基本原理及发展趋势[J].通信电源技术,2009.6
2 郑宪龙,和军平等.DC/DC开关电源共模EMI滤波器的研制[J].电力电子技术,2007.12
3 张国安,翟长生.冲量控制技术消除开关电源低频波纹的研究[J].电力电子技术,2009.4
电源纹波的测试方法范文第2篇
关键词：高速数字信号处理；DSP+FPGA；系统电源
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）07-1678-04
1 概述
现代信号处理对信号处理的实时性要求越来越高，实时信号处理系统具有更快的处理速度和更大的数据吞吐率，往往处理器要求达到每秒几十，甚至几百亿次运算，这使得单个处理器无能为力，很多数字波束（DBF）雷达系统中都引入了并行计算系统，采用了多处理器并行处理技术。多处理器并行处理高速数字信号处理板上大部分电路是高速数字电路，电源对逻辑电路影响主要集中在电源的响应带宽和纹波电压上。高速数字逻辑器件在状态转换瞬间需要吸收较大电流，容易导致供电电压下降，电源的带宽足够宽时可以获得更快的反应速度，避免因为电源电压的波动导致的逻辑错误；纹波电压是稳压源电压输出的波动，纹波电压会引起数字信号的边缘抖动，也会造成逻辑误判，因此电源的设计要求带宽宽和纹波电压小。
2 高速数字信号处理器电源设计研究
图1是高速数字信号处理系统设计框图。DSP_A和DSP_B是并行系统的运算核心模块，主要完成并行算法的复杂运算；数据的输入通道有条：GPIO口、SFP光纤接头和SATA接头，如果前端是A/D采集模块，通常使用PM1和PM2用作数据输入通道。FPGA是系统的数据交换中心，负责控制两个DSP数据的输入输出与数据预处理，系统结构设计适合数据流流水处理方式，又适合并行分布式处理，同时支持扩展多个处理板。
目前直流稳压电源根据调整管的工作状态来分主要有两种，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源。线性直流稳压电源调整管工作在线性状态下，调整管可以看成是一个连续可变的电阻，当输出电压偏离了设定电压时，反馈回路便调整管子的电阻，使得输出电压维持在一个稳定电压值上，而不会受到负载变动的影响。线性电源的输出电压比输入电压低，具有反应速度快、输出纹波小、工作噪声低的特点，但是效率比较低，而且发热量大，会间接增加系统的热噪声，因此线性电源比较适合小电流、输入输出压差小的应用场合。
开关电源的调整管不是工作在线性状态下，而是工作在饱和态和截止态。开关电源常用脉冲方式控制调整管的开关状态，调整方式有脉宽调制和频率调制两种，脉宽调制方式控制调整管的脉冲信号频率不变，通过调节脉冲信号的脉宽来维持输出电压的稳定。频率调制方式主要是通过改变脉冲信号的频率来维持输出电压稳定。直流开关电源效率远比线性电源高，通常达到70%以上，具有发热量少，稳压范围宽、稳压精度高的特点，已被广泛应用于各种电子设备。系统设计大电流工作电压采用开关电源提供[2][3]。
FPGA的中的RocketIO MGT收发模块和PCI-E都有高速的差分收发器，两者对电源的噪声非常敏感，因此在实际设计中采用了线性稳压设计，以期降低电源噪声（纹波）所带来的影响。利用3.3V作为输入，经过UC385-ADJ分别产生MGT1.2V、MGT1.5V和MGT2.5V 3组专门用于RocketIO MGT模块的低噪声电源。FPGA配置芯片的核电压1.8V所需电流较小，因此采用线性稳压芯片AMS1117-18实现，以减少占用PCB面积。图2是系统的电源结构图。
ADSP-T201有严格的上电顺序，VDDCORE可以先于VDDDRAM和VDDIO上电，也可以后于VDDDRAM和VDDIO上电，但VDDDRAM必须要在VDDIO上电之后才能供电，所以必须设计上电顺序控制电路，图3为本设计采用的上电顺序控制电路。由于内部有上电保护锁存器，外设的电压必须要在VDDIO上电后才可以供电，系统设计上电顺序依次是1.2V、2.5V、3.3V，VDDDRAM所需的1.6V电压由3.3V经过UC385-ADJ稳压所得。
除了提供稳定的电压外，系统设计需要在各个芯片的每个电源脚尽可能放置一个退耦电容，对于普通的逻辑芯片，采用10～100nF的陶瓷电容，对于DSP、FPGA和PCI-E接口控制器每个电源引脚需要在尽可能靠近引脚的地方混合使用1nF和10nF的陶瓷电容放置。而对于DSP的锁相环逻辑电源引脚、PCI-E接口控制器的锁相环电源引脚以及FPGA的RocketIO MGT模块的各个电源引脚要加上一个LC滤波器，以减少噪声的影响。
3 系统电源需求分析 [22，24，32，36]
电源设计首先要估算板上器件所需要消耗的电流，按照最大功率并且保持20%的功率裕度原则设计。板上功耗较大的器件有DSP、FPGA、PCI-E接口控制器。
ADSP-TS201正常工作需要3组电源分别给核心电压、锁相环、片上DRAM和IO口供电，工作电流会随着频率的提高而线性增加，也会随着环境温度升高而增加。 DSP工作电流主要由静态电流和动态电流两部分构成，其1.2V核心电压VDD的电流消耗可以表示为：
[IDD=IDD-DYNAMIC+IDD-STATIC+IDD-ANALOG] （1）
[IDD-DYNAMIC]为核心动态电流，最大值达4.381A，[IDD-STATIC]为静态电流，最大值为320mA，[IDD-ANALOG]为DSP锁相环电路逻辑所需电流，大小为55mA。根据公式（1）可以计算到单个DSP的[IDD]电流最大值为4.756A 。DSP片上DRAM所需的电流相对较小，在600MHz主频下工作时，IDD_DRAM典型值为280mA，最大值为430mA，因此得IDD_DRAM（max）为430mA。
DSP的IO电流IDD_IO由外部总线接口电流IDD_IO_EP和高速链路口电流IDD_IO_LINK两部分构成。外部总线接口电流IDD_IO_EP是总线接口静态电流和动态电流之和，其中总线接口静态电流为7mA，动态电流与总线工作频率有关，当总线工作时钟为100MHz时动态电流大小为38mA，因此得外部总线接口电流的最大值为IDD_IO_EP（max）为45mA。同样的高速链路口电流IDD_IO_LINK也是动态电流与静态电流之和，链路口的静态电流为53mA，动态电流与传输模式和频率有关，当DSP四个链路口都工作在600MHz时钟频率下以4bit模式传输时，动态电流为165mA，因此得高速链路口电流的最大值IDD_IO_LINK（max） 为218mA。所以DSP的IO电流的最大值IDD_IO（max） 是IDD_IO_EP（max）与 IDD_IO_LINK（max）之和为263mA。而FPGA的工作电流也是会随着核心频率提高而工作电流增大，并且随着片上逻辑资源的使用率的增大而线性增加，XC4VFX60内核最大电流[IDD-INT（max）]为5.5A，所有SelectIO 的BANK最大工作电流[IDD-O（max）]为4A，辅助电压工作电流[IDD-AUX]为0.3A，由公式（2）可以推算FPGA的最大功耗为17.35W。
表中DSP与FPGA可以共享一个1.2V稳压电源作各自的核心电源和锁相环电源， DSP的IO电源、PCI-E接口的本地总线核心逻辑电压（VDD2.5）和FPGA辅助电源及部分IO电源可以共享一个2.5V的稳压电源，FPGA部分IO口电源和板上其他芯片共享一组3.3V的稳压电源。DSP的片上存储器电源VDDDRAM需要独立提供1.6V电压。根据SDRAM模组和板上其他芯片大概估算3.3V电源也需要有5A以上的电流。
4 系统电源测试总结
测试的目的主要是验证设计的系统电源的性能是否符合设计要求，是否满足各个高速处理模块的供电需求。各组电源电压用万用表测试结果如表2。
表2 电源电压测试结果
[标称值＼&实际值＼&1.2V（CPU和FPGA核电压）＼&1.170V＼&1.5V＼&1.503V＼&1.6V＼&1.612V＼&1.8V＼&1.791V＼&2.5V（CPU和FPGA IO电压）＼&2.493V＼&3.3V＼&3.295V＼&1.2V（RocketIO MGT模块）＼&1.210V＼&1.5V（RocketIO MGT模块）＼&1.503V＼&2.5V（RocketIO MGT模块）＼&2.504V＼&]
测试数据表明，各路电压输出误差不超过标称电压的±5%， 均符合各个芯片的工作电压要求，利用示波器在限制20MHz带宽的条件下，图4用交流耦合测试的各路开关电源模块（PTH08T210W）输出纹波电压峰峰值（VPP）为27mV，图5线性稳压器AMS1117纹波电压峰峰值为12.5mV，低压差线性稳压器UC385-ADJ各路输出的纹波电压峰峰值不超过14mV。值得注意的是UC385-ADJ的输出电容不可不接，而且必须要接100uF以上的钽电容或者固体电容才能稳定工作。
5 结论
本文提出了高速数字信号处理器电源设计的基本方法，分析了DSP+FPGA信号处理板的系统电源需求，经测试该电源设计符合高速数字信号处理器的供电需求。实际应用验证也表明该电源系统带宽宽和纹波电压小，电压输出具有高稳定性的特点。
参考文献：
[1] 刘书明，罗勇江.ADSP TS201XS系列DSP原理与应用设计[M].北京：电子工业出版社，2007.
电源纹波的测试方法范文第3篇
【关键词】列车电源；供电系统；车载视频监控
1.引言
由于列车的特殊环境关系，许多用电设备正是因为电源部分的原因无法在列车上正常工作，车载监控仪虽然有着宽电压输入但是由于输入电压低也无法工作。针对此种情形，必须用可靠的系统来完成电源的转换管理工作。本文提供的电源的系统主要用于列车车载视频监控，对于其它类似的产品设备也有一定的适用性。
国内列车都采用DC110v辅助供电系统(如图1所示)为列车上的设备供电，该供电系统同时用于对蓄电池进行充电。国内自行研制开发的电力机车和内燃机车的蓄电池是列车的辅助供电系统的主要组成部分，机车没有从电网取电前，采用蓄电池为机车辅助回路供电，完成各种辅助回路机构的动作，如控制和保护装置的运行[1]。由于供电系统的复杂性，列车上的用电设备多，电路复杂，所以对电设备对可靠性、稳定性要求比较高，因此设别的电源系统必须提供稳定、可靠的电压、电流。
2.设计原理
视频监控仪从列车辅助供电系统取电经过处理后给电源模块VI-JT1供电，该模块输出稳定的12V电源。12V电源分为两部分，一部分供给车载的摄像头，另外一部分供给主板。主板上的12V经过变压处理后得到可以的到5V电源，用于供给一部分芯片和经过变压处理后可以得到3.3V、1.8V、1.2V的电压后给主板上各个芯片进行供电(如图2所示)。
在电力机车上，供电品质比较差，表现在两个方面：电力机车供电电网电压波动大，气额定电压为单相交流25kv，而实际电压在18-31kv范围波动；电网电压有机车内变压器降至单相交流220V，相应的波动范围为160v-270v。220v的交流电经过降压整流处理后为110V直流电源，该直流电源的波动范围70v-160v。列车的供电并不是持续的，当列车由一个供电区域到另一供电区域之间，期间可能会有数秒种的中断供电。该期间的供电是由列车内的蓄电池进行供电，而蓄电池的的空载电压为104V(52只铅酸蓄电池)[3]。多数用电设备无法在这样的用电环境下工作。
本文介绍的系统包含两级对电源的稳压处理，经试验前一级可以稳住60V-160V的电压稳定的输出12V的电源，后一级的输入电压范围是8V-60V。
3.前级稳压
如图3所示为前一级稳压电路。核心部件为美国VICOR电源模块VI-JT1，该模块的主要功能是隔离输入与输出的电压，完成DC110V向12V的转换。为了保护电路的安全，瞬态电压抑制管D1用于吸收110V电网超过440V左右的50ms的瞬态高电压以保护后续电路的不受高压冲击。对于低于440V左右的电压后续电路必须进行处理以达到VI-JT1转化模块规定的电压。稳压管D2，D9会在电源电压低于440V高于175V的情况下被击穿，此时D2的两端电压为160V而D9的电压为15V，分压电阻R1和R2会承担剩余的的电压。由于PCB设计采用的是贴片电阻，对于R1以及R2的功耗要小于该封装的最大功耗以保证电路的正常工作。稳压管D9于电阻R3并联使用，根据欧姆定律可知经过R3的电流为15ma，功率场效晶体管Q2导通。稳压管D10的两端电压为160V，其余的电压分压到电阻R4上，进行限流以免烧毁稳压管与场效晶体管。由于稳压管D10的导通致使功率场效应管漏极与栅极产生电压差，从而使Q1导通。Q1的源极与栅极有一定的压差，高速开关二极管D5、D4导通，对电容C1、CE1及CE2进行充电，同时对VI-JT1模块供电。如果电压低于175V不足以让Q1导通时，CE1、CE2的电压为两端电压为400V，可让D5、D4、D10导通，此时Q1可以导通对模块开始进行供电。电容C1控制模块的输出端。由于采用了自举升压电路，导致模块的前级电路出现高频电源信号，滤波电容C2、C3、C4、C5用于滤掉此过程中的高频杂散波。经过一系列的处理后电源模块输出的12V可经过电解电容CE3、CE4滤波、退耦后供给用电设备。
视频频监控的摄像头需要在夜间工作，因此必须有足够的功率保证红外灯正常工作，尤其是在列车上需要高功率的满足其可视距离的要求。视频监控器的主板理论上至少需要10W的功率来保证正常的工作需要。由于模块可提供90W的功率，完全可满足日常的用电设备。
4.后级稳压
接入主板的电源给车载视频监控的整个系统进行供电，该电源经过图4所示的电路再次进行降压稳压。该电路的降压主要是由款分为同步降压控制器LM5116完成，可以输入的电压为7-100V，本电路设计输入为7-60V以适应恶劣换的电源环境。本系统设计了两路降压稳压电路，一路输出电压为5V，另外一路的输出电压为12V。
4.1 5V、12V输出电路
以输出电压为5V为例，该降压电路最大负载电流为2A，开关频率为250kHz。其中定时电阻RT用于设置振荡器的开关频率，该设计中采用250kHz的开关频率同时满足了小体积以及高效能。
输出电感的计算是通过开关频率(fsw)、脉冲电流(Ipp)、最入电压(VIN(MAX))以及输出电压值得到的：
电流大小的限制是通过设置电流检测电阻(Rs)，。对于5V的输出，其最大的电流检测电阻是在最小的电压输入测得的。
所以：
对于该电路中的斜波电容的计算是依赖于电感和检测电阻的值，其仿真的斜波电容值是：
其中L的值是输出电感，gm斜波发生因子，A是电流电流检测放大增益。纹波电流是电流中的高次谐波成分，会带来电流或电压幅值的变化，可能导致击穿，由于是交流成分，会在电容上发生耗散，如果电流的纹波成分过大，超过了电容的最大容许纹波电流，会导致电容烧毁。输出电容可以是电感纹波电流变的平滑同时也可以提供一个瞬态的工作电源。对于本设计选用了5个100的陶瓷电容陶瓷电容可提供等效串联电阻，但是明显的减少了DC的偏置电容。等效串联电阻在250kHz时是2/5=0.4，在5V的时候可以减少36%的电容。输出纹波电压的计算如下：
该稳压电源有一个很大的源阻抗在较高的开关频率，当VIN引脚提供了大部分开关电流时，高质量的输入电容可以限制在VIN引脚上纹波电压。当模块开始工作，流入降压模块的电流转化为电感电流波形的波谷，然后迅速的上升到波峰后，然后下降到零。输入电容应该的选择必须满足有效的电流和最小纹波电压。
最好的逼近所需要的纹波电流的额定功率是IRMS>IOUT/2。选用高质量低等效串联电阻的陶瓷电容进行对输入电压进行滤波。输入纹波电压的接近于：
各项参数的设置即可以影响到输出电压，以上参数的选择可为后续电路提供稳定的5V电压。对于输出电压为12V的电路采取了类似于本级电路，只是在元器件的参数上有所区别。该12V也可以独立给模拟摄像头独立供电也可以并联与上一级12V电路同时给摄像头供电。
4.2 3.3、1.8、1.2输出电路
经过以上步骤的整流稳压后系统给新华龙的C8051单片机进行供电，以对整个系统电源进行管理。C8051从供电一直处于运行状态，将完成接收遥控器的指示进行开机、关机，对Hi3512主控芯片进行复位等功能。C8051控制的电源使能端口高电平有效，后续的整流降压
芯片开始工作。本是设计采用的同步整流降压稳压芯片MP1482，集成输入电压定从4.75v到18v下降到了输出电压低至0.923v供应高达2A的负载电流，最高有93%的转换效率。其中3.3V的降压电路如图5所示。MP1482的反馈电压跟参考电压比较好得到COMP端电压，COMP端电压决定了上管分支电流以及占空比，而占空比控制输入电压变化，从而达到负反馈控制目的。输入电压的设置是通过在电压输出端到FB引脚间加一个分压电阻。电压分频器的输出电压降至反馈电压的比例是：
，其中是反馈电压是输出电压。所以输出电压为。在输入电源是开关电源的情况下，电流的恒定输出是依赖于电感的使用。使用较大的电感可以使纹波电流变小，同时也将获得较低的输出纹波电流，但却有着更大的等效串联电阻更低的饱和电流。因此电感的值是：
其中是开关频率，是电感峰值纹波电流。该3.3V为主控芯片以及4路模拟转换芯片TW2835等提供电压，以供主板正常工作。本设计中的整流压至1.8V的电路同样用MP1482进行降压，只是根据实际需要进行参数调整即可稳定的输出1.8V的电压，该电压是为Hi3512芯片以及TW2835芯片提供1.8V的核心电压。
由于Hi3512芯片正常工作同时需要3.3V、1.8V、1.2V的电源，因此本设计为了满足供电要求(如图4、图5所示)，采用了MP2104芯片稳压。该芯片是1.7MHz固定频率PWM降压稳压器，有95%的最高转换效率，2.5V到6V的宽电压输入，最低输出电压为0.6V。输入电压的值可根据外部电阻分压器来设定。反馈电阻R271以及内部补偿电容用来决定了反馈环路带宽。输出电压。对于大多数设计电感的计算是通过以下公式计算：
其中：是电感纹波电流，设计的电感纹波电流接近最大负载电流的30%。所以电感的最大峰值电流是：
本设计提供的电源系统经过实际的实验、测试与应用均满足各项要求，可以稳定的输入5V、3.3V、1.8V、1.2V的电压，保证列车车载视频监控的正常运行
5.总结
本文提供了一种切实可行的降压整流方案。该方案适用不仅适用列车上极其复杂恶劣的环境，也同样满足于各种载运车辆上对电压严格需求，有着宽范围的输入电压，稳定高负载的输出电压。第二级的整流稳压电路可单独使用，同样可满足车辆上的宽电压输入要求。尽管各种车辆的输入电压有12V与24V两个模式，以及在起车辆起步阶段电压可能低至7V左右，在充电时电压会出现不稳定情况，本设计均可以满足，为车载的嵌入式设备提供一个稳定可靠的电源环境。
参考文献
[1]白锡杉,张全柱,王磊,史雪明.机车蓄电池组充电路结构的研究[J].应用天地,2007(9).
[2]刘亚龙,高玉峰,王志国.基于PFC的电力机车110V直流电源的设计[J].电气应用,2008(11).
[3]李国平.国内外高速列车辅助供电系统[J].机车电传动,2003(5).
[4]吴强.客运列车供电系统[J].机车电传动,2003(5).
电源纹波的测试方法范文第4篇
关键词：变压；整流滤波；稳压；
中图分类号：S611 文献标识码： A
1、引言
直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下问题: 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05～ 1. 07V ) ,困难就较大。二是稳压方式均是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。
传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,特别是在一些高能物理领域,急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。
从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。
在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。
2、方案论证与比较：
方案一: 采用单级开关电源，由220V交流整流后，经开关电源稳压输出。但此方案所产生的直流电压纹波大，在其后的几级电路中很难加以抑制，很有可能造成设计的失败与技术参数的超标。
方案二：并联式稳压电源，电路简便易行，所用元器件相对较少，当负载电流恒定时稳定性相对较好，其突出优点就是可承受输出短路。但是效率低于串联式稳压电源，输出电压调节范围较小，尤其是在小电流时调整管需承受很大的电流，损耗过大，因而不能采用。
方案三：串联式稳压电源，利用可调的三端式集成稳压器先提供稳压电压和小电流，再通过三极管扩流的方式使之提供大功率。由于集成稳压器通常内部已有各种保护电路，辅助电路就可以简化。其次想采用经典的分立式元件形式，因为在理论课及实验室中看到的大多是这种电源，并且具体电路形式很丰富，可借鉴的结构也较多。
比较以上几种方案，决定采用方案三，即经典的串联式稳压电源，稳扎稳打，力争做好。
3、硬件电路的组成与设计
直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。
我国电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
3.1电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压变换为整流电路所需要的交流电压。
本设计方案所需要用到的降压变压器是将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电压，此交流电压经过整流后可获得后级电路所需要的直流电压12V。
由于所需的直流电压比起电网的交流电压在数值上相差较大，考虑到稳压部分中的集成稳压器须在输入电压≥10V 时才能使输出电压为0.7V～9V。所以，降压后的电压设为10V～12V，才能达到要求输出的电压为0V～10V，即该部分电路采用变压器把220V交流市电变为约10V 的低压交流电，作为电源的输入电压。变压器原辅线圈的匝数比为：
N1/N2 = U1/U2 = 220V/10V≈22/1
电路中的保险丝可起到保护电源的作用，当电流大于0.5A 时，保险丝熔断，从而防止电源烧坏。电源变压器的效率为：
其中：是变压器副边的功率，是变压器原边的功率。
一般小型变压器的效率如表1所示，因此，当算出了副边功率后，就可以根据下表算出原边功率。
表1小型变压器的效率
3.2整流滤波电路
整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
如图所示，在本设计中采用四个二极管组成桥式整流电路，利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高,纹波电压较小,整流二极管所承受的最大反向交流电流流过,变压器的利用率高。滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质,采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除,得到比较平滑的直流电。
图2桥式整流桥电路
直流电压与交流电压的有效值间的关系为：
在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：
流过每只二极管的平均电流为：
其中：R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：
其中：T = ms是50Hz交流电压的周20期。
3.3稳压电源电路
三端稳压器各项性能指标的测试
输入电压u2受负载和温度发生变化到影响而发生波动时，滤波电路输出的直流电压VI会随着变化。因此，为了维持输出电压VI稳定不变，需要对电压进行稳压。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的电压输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
三端稳压器的引脚及其应用电路见附录图3。
7806为三端式集成稳压器，这种集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W78系列三端稳压器输出正极性电压，一般有：5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。若要求输出负电压，可选用W79系列稳压器。图3是7806的外型和三个引出端，其中：
1―输入端（不稳定直流电压输入端）；
2―输出端（稳定直流电压输出端）；
3―公共端；
图3三端式集成稳压器
它的主要参数有：输出直流电压Uo=6±5%；最大输入电压Uimax=35V； 电压最大调整率Su=50mV；静态工作电流Io=6mA； 最大输出电流Iomax=1.5A；输出电压温漂ST=0.6mV/oC。
3.4稳压系数的测量(调节输出电压为5V时)
按图所示连接电路， 在u1=220V时，测出稳压电源的输出电压Vo，应改变电源电压上升和下降10%，分别测量稳压电源的输出电压VO，RL=100Ω。在实验室调节交流不太方便时,可采用变压器的次级变换的方法,如①②脚电压为18V,测量一次,记下VO1.再更换到③①脚测量一次VO2, 将测量的结果填入表5中。则稳压系数为：
SV=(ΔVO/VO)/(Δu1/u1)
表2
3.5输出内阻的测量(调节输出电压为5V时)
按图4所示连接电路，保持稳压电源的输入电压不变 ，在不接负载RL时测出开路电压Vo1，此时Io1=0，然后接上负载RL，测出输出电压Vo2和输出电流Io2，测量结果填入表3中。则输出电阻为：
RO=-(VO1-VO2)/(IO1-IO2)=(VO1-VO2)/IO2
表3
3.6纹波电压的测量(调节输出电压为6V时)
用示波器观察Vo的纹波峰峰值，（此时Y通道输入信号采用交流耦合AC），测量Vop-p的值（约几mV）。
4、直流电源系统原理图
电源纹波的测试方法范文第5篇
【关键词】开关电源;容性负载;电源设计;DC-DC
随着电子技术的高速发展，电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。其中，应用最广泛的就是DC-DC开关电源。
在DC-DC开关电源的应用中，输出负载端外接电容能起到滤波、抑制干扰的作用，在某些大容性负载动态跳变的设备中，要求电源输出端有快速响应，这就要求开关电源有较强的带容性负载的能力，并且有好的稳定性能。
1.开关电源负载响应速度分析
开关电源的瞬态特性一般包括了它的电压调整特性和负载调整特性。电压调整特性指开关电源对输入电压变化的瞬态响应，负载调整特性指开关电源对负载电流变化的瞬态响应。在采用电流控制的开关电源系统中，输入电压的变化会使得电感电流立即发生变化，从而改变输出电压，而不需要像电压控制系统中通过电压环路的调节改变输出电压，因此峰值电流控制系统对输入电压变化的瞬态响应能力好，恢复时间短，线性调整能力好。
图1 输出变化图
如图1所示为负载变化所引起的输出VOUT的变化，其中1阶段V1为输出滤波电容C的等效串联电感ESL所引起;2阶段V2由电容C的等效串联电阻ESR决定;3阶段中电压呈反向上升，同样是由ESL决定，其值为V1;第4阶段是由于负载突然增大，而电感电流需要满足新的要求，所出现的电容C放电所引起。其中V1与V2分别表示如下：
V1=（I2-I1）/Trise・ESL V2=I2-I1・ESR
在忽略电容电压纹波，及电感电流纹波的情况下，我们可以简单计算4阶段所下降的电压VC4。其中I=I1-I2，m1=（Vout-Vin）//L，根据电荷守恒定律，可得：
VC4=I2/（2m1C）
优化负载跃变响应可以从下面几个方面着手：
（1）根据VC4的关系式，可知增加输出滤波电容C，或减小电感L，这样能减小vC4的下陷或超调值。然而，过大的电容会占更大面积，而小电感L会引起更大的纹波电流和输出纹波电压。
（2）根据VC4，增加误差放大器的转换率。当负载发生跃变时，误差放大器输出也要满足于新的要求，若转换率低，则电感电流需要在误差放大器输出满足负载要求时，才满足要求，这样对电容将会注入或失去更多的电荷。
（3）进行环路补偿。由于电流模式的易补偿特性，设计时可以在反馈节点通过加入电阻电容，以引入极点零点对，调整补偿值的大小可以获得更好的响应速度，但同时应保持环路的稳定。
（4）对系统结构进行优化，通过减小系统结构上的时延或者增大系统的直流增益均可以改善系统的响应速度。
2.电源输出容性负载调试
在实际设计和应用中，开关电源输出容性负载能力由以下两种要求来调试和测试：
2.1 电源稳定工作，仅负载由空载到满载跳变，输出电压稳定
当模块正常工作时，DC/DC开关电源可以等效为电压源，其输出简化后的等效电路图分别如图2所示。其中，U是输出电压，Rs是等效内阻，RL是输出负载电阻，C是输出电容，R=（RS・RL）/（RS+RL）。
图2 简化等效电路
可以得出：
由上述计算，可以看出电容电压VC是按指数规律不断上升，要使输出电压更快更稳定的建立，电源输出内阻要小，一般通过高增益、快速响应的输出稳压反馈环路，可以实现性能的改善和提高。但由于存在输出电感的储能，电压反馈和前端峰值电流控制的作用，电容电压并不完全是由零开始上升的指数波形。输出电压的稳定过程中，一方面由输出滤波电感的储能来逐步补充，另一方面由反馈环控制电路原边快速输出更大功率。
输出电感的取值一般由电流纹波系数几和电源的空载特性来确定，为了避免容性跳变输出电压过大的下冲，使控制电路达到极限，电感的取值要大于又的理论值计算所得数值，但同时也要考虑输出失载时的电压上冲幅度，所以输出电感也不能太大，大的电感一般不易制作、成本较高，所以电感的实际取值可以用实验的方法得到。
由实验得出输出电感大的模块带的容性负载大，电感储能有助于输出电压的稳定，限流保护电路工作时间短，但响应时间会相应长一些。
2.2 模块带输出电容启动，输出电压稳定
当模块带大电容启动时，需对电容迅速充电，以维持输出电压稳定，启动瞬间会产生一个大的电流。启动过程中大电流持续时间太长，模块控制芯片的保护功能就会达到极限，会出现启动不良现象即输出电压不能正常建立;另外，容性负载的大小直接影响输出电压的上升时间，在有严格输出电压上升时间要求的环境中就会出现应用故障。
一般自馈电源的输出电压和供电电压是正比关系，在输出达到正常电压之前，芯片VCC无法满足供电要求。因此启动电路的供电方式和VCC电容的储能也是决定容性负载能力的重要因素。
3.结束语
一般开关电源都可带相当容性的负载，但考虑到电源的过流保护能力，尤其是输出短路保护，容性负载能力不可能太大，否则保护能力变差。
对于多路输出的模块所带容在开关电源的设计过程中，要充分理解并实现客户负载使用的特殊要求，必须分析开关电源容性负载能力的两种不同状态要求。
参考文献
