电源知识 | 如何测量电源的纹波和瞬态

评估电源质量的两种最为常见的参数为纹波与瞬态。这些看似简单的评估指标，实则需要在获取准确数据的过程中，充分注意以下两个关键因素。首先应当关注在使用示波器探针进行测量时的精确操作方法；其次，制定数据规范时需遵循相应的特定条件。

使用示波器探针时采用的适当测量技术

在准备精确地测量电压纹波或瞬态值之前，应深入研究使用示波器进行探测的各种潜在因素。由于我们可能会以毫伏为单位来测量相关信号的幅度，因此被放大的内部信号或者从外界拾取的信号在这种情况下很容易变得模糊或者失真，进而导致测量结果出现误差。为了避免产生这类问题，采取适当的探针测量技巧就显得尤为重要。

对于测试人员来说，为了保证测量工作的顺利进行，首要任务无疑是尽可能减少探针产生的接地回路。探针的返回路径形成的环路会产生电感，有可能将内部噪声进一步放大，同时也可能拾取外部噪声。探针上一般配备了鳄口式接地夹，如下图所示。尽管这些接地夹的连接方式看似简单，但其产生的接地回路会较大，并不适合用于这类精密测量。相反，以下两种常见的最佳实践方法在实现小型接地回路方面表现优异：“针尖针筒”测量法以及“回形针”测量法。

针尖针筒测量法能够移除接地盖和探针夹，露出探针的尖端和针筒。然后将探针的尖端探入输出电压，并调整针筒角度，使它在非常靠近尖端的点处接地。这种方法的一个缺点是，可触及的探针点或者尖端和针筒都能探入的点可能不是理想位置，而且/或者与任何输出电容器都间隔一定的距离。理想情况下，应尽可能靠近输出电容器放置探针。

另一方面，回形针测量法在采用针尖针筒测量法的同时，还在针筒上添加了一个带有短引线的小线圈。这样就形成一个类似镊子的尖端，能够找到更灵活的探针位置，同时保持较小的环路面积。

尽管这并不是获得良好信号的唯一方法，但无论选择什么方法，都应该尽量将接地回路降至最小。

纹波和噪声

纹波乃是由电源电路内部转换过程引发的输出电压固有交流成分。噪声则体现了电源内的寄生效应，形现在输出电压的高频电压尖峰中。数据手册详细列出了由纹波及噪声导致的输出电压最大峰值偏差。依据上述原则，务必采用精准的探测手段以确保持续准确反映电源纹波和噪声的特性。

在进行纹波与噪声的评估过程中，需要重点关注一些基本条件。首先，负载对于纹波产生显著影响，因此必须严格遵循数据手册的要求，在同等负荷条件下（通常是满负荷）进行检测。此外，输入电压亦会对纹波造成影响，故而应该在所有关联的输入电压范围内进行全面测试。除了电气参数外，诸多生产商还提出了具体的外部电容建议（通常包括10μF的电解质电容以及0.1μF的陶瓷电容）。这些电容需安装在电源的输出端，以便于测试操作。测试探针应接近电容布置位置。最后，在示波器通道层级，通常会设定20 MHz的带宽限制以应对此项测量要求。

实现此类测试往往只需一根示波器探针即可，采用前文所述测量方法，测试探针贯穿输出电容或指定的外部电容。

瞬态响应

瞬态响应是输出电压可能由于负载变化而偏离的量。负载发生变化时，电源不能立即对新条件作出反应，因而存储的能量会变得过多或不足。能量过剩或缺乏能量问题将由输出电容器负责解决。它们要么通过消耗电荷来维持负载从而导致电压降低，要么就会储存多余的能量从而导致电压升高。通过几个交换循环，电源将调整为仅存储负载所需的能量，而输出电压将恢复标称值。测量瞬态响应时，输出电压偏离其标称值的量、恢复所需的时间或电压超出规定调节限值的时间都会产生影响。

与纹波与噪声（仅限于负载与输入电压的限制条件）有所区别的是，瞬态响应受到诸多其他因素的影响，这些因素可能会对其测量结果产生干扰。值得我们关注的一些关键条件包括：施加的负载阶跃的转换速率、启动电流以及结束电流。转换速率对瞬态响应具有重大影响，这是因为在电源能够及时应对变化的前提下，负载变化越迅速，则输出偏差的幅度会越大。启动电流和结束电流的水平同样会产生影响。电源在轻负载状态下的表现形式一般各不相同，且跨越这些区域的瞬态可能导致电源的反应与在同一区域出现的瞬态有所差异。启动电流、结束电流以及转换速率还影响了电流变化的时间，故需严格遵循特定的标准。

用户需要两个示波器通道进行瞬态响应测量。第一个探针应穿过靠近输出引脚或调节点的电源输出。测量远离调节点的输出电压将导致两个负载状态之间产生直流偏差，这是由输出电缆中的压降引起的。第二个探针应该用于电流或与瞬态负载变化同步的信号。该探针将用作触发器，以便可以清楚地看到产生的输出电压偏差。

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文章来源：硬件攻城狮