基于RIGOL數字示波器的電源紋波自動測量系統(tǒng)

高增新，北京普源精密科技有限公司技術工程師

簡介

目前自動測量設備，AC/DC和DC/DC轉換裝置已經發(fā)展成為各種電子設備和自動控制設備的重要組成部分，其質量直接影響到整個設備的可靠性和穩(wěn)定性。這就要求功率模塊制造商嚴格控制設計、工藝、制造、測試等環(huán)節(jié)。產品出廠前的嚴格檢測是電源產品生產過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。

自動測量系統(tǒng)已廣泛應用于國內電力行業(yè)進行產品檢測。整個系統(tǒng)將包含多種測量項目，大部分測試都可以采用自動測量（使用程控測量測試設備）。然而，紋波噪聲是一種特殊情況。很多電源企業(yè)仍然通過人工測量紋波噪聲，極大地影響了生產效率。本文介紹的解決方案基于RIGOL程控數字示波器，能夠快速、可靠地測量電源紋波。

波紋和噪音是什么意思

可以說任何直流電源都包含紋波和噪聲，如圖1所示：

A.噪聲：通常我們用Vpp來表示噪聲，即波形最高點和最低點的差值（Vpp值可以在示波器的自動測量功能中開啟Vpp測量得到）；

B.紋波：紋波的產生主要是由于開關和整流過程。通常我們用RMS（均方根值）來表示紋波，一般用RMS射頻電壓表來測量（調整示波器的時基，在示波器的自動測量功能中打開平均值測量即可獲得近似結果）。

圖 2 是對開關電源的噪聲和紋波的真實描述。

工程師經常看到術語 PARD（周期性和隨機偏差），它本質上是指紋波和噪聲。紋波和噪聲信號的帶寬一般分布在20Hz-20MHz之間，通過選擇合適的電容可以濾除噪聲。紋波濾波電容的效果不是很明顯。

如何測量噪聲和紋波

目前紋波和噪聲的測量方法很多，業(yè)界還沒有形成統(tǒng)一的標準。選擇不同的測試方法自動測量設備，測試結果會有很大偏差。

從測試效果來看，采用下述方法得到的測試結果具有較高的可靠性。

A.示波器設置：設置探頭輸入比例為1:1；選擇“AC”作為耦合模式；如果示波器輸入帶寬大于20MHz，開啟示波器帶寬限制功能。

B.探頭選型：如圖3所示，將探頭原有的接地線改為接地彈簧；出廠測試線上可使用固定測試座，探頭直接插入測試座。

C.測量：直接接觸或盡可能靠近測試點。如果被測電源需要掛載，布線應盡量短，以減少被測系統(tǒng)從外部引入的噪聲。測試結果也有很大影響。

自動測試系統(tǒng)

以一家生產電源模塊的公司為例。主要生產一進一出的電源穩(wěn)壓模塊。以公司某型號產品為例，被測元件為16-32V直流輸入和20V DC-DC穩(wěn)壓直流輸出。實測波形，紋波，峰峰值約為55mV，頻率為255Hz，如圖4所示。

在生產線上，每個器件都需要進行測試，在每個器件的測量過程中，多組數據（在16-32V之間變化）連接到器件的輸入端，不同的電阻值也連接到輸出端負載，所以有各種排列組合，每個組合的紋波都要測量，紋波的最大峰峰值要計算。如果手動進行測量，測試過程太復雜，測試時間長，當然生產效率也很低。所以自動測量系統(tǒng)是很有必要的。

圖5是自動測量系統(tǒng)的框圖。與示波器DS5000相關的主要是通過PC軟件控制示波器以及PC軟件與單片機之間的通信。以下部分詳細介紹了框圖各部分實現的功能。

1.輸入源，在一定范圍內可變電壓的電壓源（輸出值可由電腦控制）

2.可變電負載，在一定范圍內電阻可變的負載（電阻可由電腦控制）

3.DS5000，測量輸出電壓的紋波，通過電腦控制采集紋波峰峰值，并將采集的峰峰值上傳到PC。

4.單片機，PC機接收單片機的測量命令，將DS5000上傳的峰峰值通過PC機發(fā)送給單片機。并將結論顯示給工人，并將結果反饋給PC。

5. PC，完成與各種測量設備的通訊，是自動測量系統(tǒng)的核心。

在測試過程中，輸入源會有一組變化值，可變電負載會有一組變化值，所以會有多種組合，在每種組合下測量的器件輸出電壓紋波是 DS5000 需要做的是通過 PC 軟件統(tǒng)計每個測量器件的最大紋波值，并將其反饋給單片機。程序如圖6所示。