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如何合理测量开关电源输出纹波噪声

2021-08-20

中国电源产业网

导语：TDK-Lambda是一家向全球提供值得信赖，创新的高可靠工业电源解决方案的行业领导公司。TDK Lambda公司在中国、日本、欧洲、美国和东南亚的全球5大区域均拥有研发、制造、销售，售后服务和应用技术支持等完整的体制，随时随地快速地对应客户的各种各样需求。

如何合理测量开关电源输出纹波噪声

MKT 袁冲

（ TDK-Lambda ）

摘要：TDK-Lambda中国团队利用TDK集团在全球市场几十年积累的高可靠供电产品设计、制造和应用经验，扎根本地长达二十多年。基于长期本地化服务经验，我们提供上述纹波噪声测试方法供用户和业内朋友参考。

日前有用户反映其现场测量开关电源输出纹波噪声峰峰值达600mV以上，严重超出规格。经过详细沟通后确认用户现场纹波噪声测试方法与我们产品的使用手册内推荐纹波测量方法存在明显差异导致。一旦纹波噪声测量方法不当，很容易导致用户误认为电源输出纹波噪声测量结果超标，给用户带来不必要的困扰和时间精力等损失。

受开关电源工作机理的影响，开关电源输出不可避免地带有交流纹波和高频噪声。因为不同电源厂家的测试环境和测试标准存在些许差异，所以很多用户对如何合理测量电源输出纹波噪声比较困惑。

下面我们简要介绍纹波噪声基础概念，基于行业通用标准分享纹波噪声测试方法并提供几种常见错误测试方法导致的结果失真。

一、纹波噪声（Ripple & Noise）概述

纹波一般指附着于直流电平之上的包含周期性或随机成分的杂波。用户更关心的直流输出狭义纹波指输出电压上呈现的交流成分峰峰值。开关电源输出纹波由工频纹波和高频纹波两部分组成。

噪声是期望信号之外其他所有信号的总称。在电路中除了期望信号之外的一切其他信号，不管它对电路是否造成影响，都可称其为噪声。图1为典型纹波和噪声示意图。

图1

有些用户可能会将噪声与干扰的概念相混淆，对其产生普遍的厌恶情绪，其实这大可不必。噪声是一种电信号，即使电路中存在噪声，也不一定带来不良影响。干扰指某种与期望不相符的效应。这往往是噪声因素对电路施加的一种不良影响。就像自然界中普遍存在的微生物一样，噪声也普遍存在于电路之中。当微生物数量失控并对人体造成不良影响时，才可以称之为感染。相对应的是当一个电路中噪声电平高到足以干扰电路正常工作时，就会造成干扰。该噪声电平就被称为干扰电压。

人体普遍具备一定的免疫能力，足以应对生活中常见的微生物环境。一个设计合理的电路或元器件也应具备适当的免疫力或抗扰度。电路或元器件正常工作时所能承受的最大噪声电平被称为该电路或器件的抗扰度。

我们日常在注意环境卫生和控制微生物菌群数量的同时也会注意做好防护和加强锻炼来提升免疫力。对于一般电子设备而言，追求绝对的“零噪声”代价很高。这不符合大部分应用的效率、成本和体积等客观条件。尽管电路中噪声很难完全消除，我们还是可以设法降低噪声强度并尽量提高电路的抗扰度，确保噪声不会引起干扰现象。

二、纹波噪声测试通用标准和企业测试规范。

业内常见的纹波噪声测试标准有电子制造行业通用的标准规范IPC-9592B，日本电子信息技术产业协会发布的JEITA RC-9131B和JEITA RC-9141B。

图2为面向计算机和通信工业电源要求的IPC-9592B中功能测试部分列出的纹波噪声测试规范。

图2

图3为 JEITA RC-9131B中提供的AC-DC电源输出纹波噪声测试规范。

图3

图4为 JEITA RC-9141B中提供的DC-DC电源输出纹波噪声测试规范。

图4

TDK旗下TDK-Lambda品牌基于JEITA RC-9131B和JEITA RC-9141B通用标准，对纹波测试点位置和同轴线缆特征阻抗匹配网络参数提出了进一步细化要求。图5和图6分别为DC-DC模块电源CN300B110和AC-DC电源HWS1500系列的输出纹波噪声测试方法。

图5

图6

不同的测试方法往往会得出不同的测量结果。建议用户在测试电源输出纹波噪声时，尽量参考电源厂家提供的测试方法或行业通用测试标准，避免因为测试方法问题导致测量结果失真，达不到测试既定目的。

三、不同测试条件下纹波噪声测量结果

我们以TDK-Lambda新款轨道交通行业专用模块电源CN300B110-24为例，采用不同测试方法对其输出纹波噪声进行对比测试，详细结果如下：

1. 采用10:1低压探头，如图7所示，探头地线与探针形成大面积环路。

图7

实际纹波测试点过于靠近电源，其纹波噪声实际测量结果受电源近场干扰影响明显。因为示波器地线与探头形成的一个天线，其环路面积越大，捡拾到近场干扰的噪声电压越高。图7所示的感生电压噪声峰峰值高达3100mV，这已经失去参考意义。这种失真的测试噪声并非开关电源直接输出的纹波噪声。在实际使用中若布线恰当合理，实际上这种噪声并不会真正出现在用户的负载端。

2. 采用10:1低压探头，如图8所示接地弹簧或螺线管方式确保探针最小环路面积，示波器低压探头线缆从电源上方穿过。