纹波简单来说就是输出直流之中夹杂的交流成分,我们在 电源设计 中是没有办法完全让纹波消失不见的,能做得就是尽量降低纹波电压,我们每一款电源对于使用场景的不同,所能接受的纹波范围也有所不同,例如电源使用于精密测量仪器时,需要的电压要非常的精确,这就意味着纹波电压必须非常的小,这样才不会让仪器出现误动作,一般来说都要做到万分之三以内,有的甚至于做到十万分的范围内;而对于那些只用于提供电压的电源来说,可接受的纹波范围就比较大,比如手机有些山寨充电器之类的,有时可放宽到输出电压的 5%-10%左右。

我们要对纹波进行限制,首先我们要学会的就是如何测量。

纹波测量 基本要求就是一台 示波器 ,首先将示波器调至 AC 耦合模式,我们前面说了,纹波就是输出直流里面的交流成分,所以调至 AC 耦合的目的就是去掉输出端里的直流成分,得到准确的交流波形,如下图所示:

接下来就是打开 20MHz 宽带限制,这样做得目的是为了防止高频噪声干扰,防止测试出错误的结果。

然后拔掉探头的接地夹,直接使用接地环测量,这个是为了减小干扰,得到更加精确的测量结果,对于高精度要求的电源来说,有时相差 10mV 都会导致产品出现误动作,所以采用环地进行测试,但是对于一般范围要求不太严格的产品来说区别就不大。

完成以上动作,我们就可以对产品的输出纹波进行测试,为了得到更加精确的测量结果,我们可以在输出端接上一个 0.1-1uF 的瓷片电容并上一个电解电容,这样做的目的就是滤除高频干扰。

对于测试出来的纹波,如果超过可接受范围,那么我们就要采用一些手段进行抑制和减弱。

我们最早使用的手段是加大输出电感和输出电容,这个可以对输出端纹波进行减弱,因为根据电感内的电流波动大小和电感的电感量成反比,而增大输出电容容量会延缓充电时间,也就相当于减弱纹波;这种方法对纹波的减弱虽然有效,但是作用也是有限的,因为增大电感量就势必要增大电感的体积,而我们电源一直朝着轻量化的方向发展,所以受体积限制,电感不会做很大,而输出电容随着容量的增大,大到一定的程度后滤波效果就几乎不会有变化,所以,这个方法的实用性不是很强。

后来人们就想到使用两级滤波器来对输出端进行滤波,如下图所示:

效果和作用比第一种好很多,但是存在着隐患,那就是要考虑电压的采样点选择,按照上图所示,如果采样点选择 Pa,那么会导致输出电压有所降低,如果采样点选择在 Pb,由于线路中包含第一级滤波线路,就有可能导致电源进入振荡现象,出现不稳定的情况。

目前在电源领域里最有效的方式就是输出端接 LDO 滤波,这个是目前来说削弱纹波噪声最有效的方式了,唯一的缺点就是成本和功耗比较高,下图为没有 LDO 线路(黄色)和接上 LDO 线路(绿色)所测量出来的纹波对比:

图中那些毛刺是由于没有滤除高频干扰,可以不考虑,所以我们可以很明显看出,接了 LDO 滤波后,效果非常的明显,一般来说,接了 LDO 线路后,纹波都会处于 10mv 以下。