基于RIGOL數字示波器的電源紋波自動測量系統

北京普源精電科技有限公司技術工程師 高增鑫

引言

目前，AC/DC、DC/DC轉換器件已經發展成為各種電子設備、自動控制設備的重要組成部分，其質量的優劣直接影響到整個設備的可靠性和穩定性。這就要求電源模塊生產廠商在設計、工藝、制造、測試等環節進行嚴格控制，產品出廠前對其進行嚴格測試是電源產品生產過程中一個非常重要的環節。
　
國內電源行業對產品的檢測已經普遍采用了自動測量系統，整個系統中會包含多種測量項目，大多數測試可以使用自動測量(使用程控測量測試設備)。但是紋波噪聲卻是個特例，很多電源企業還是通過人工操作對紋波噪聲進行測量，這樣很大程度上影響了生產效率。本文介紹的方案是基于RIGOL程控數字示波器，實現對電源紋波進行快捷可靠測量的。

紋波與噪聲指的是什么

可以說任何直流電源都含有紋波與噪聲，如圖1所示：

A. 噪聲：通常我們用Vpp來表示噪聲，也就是波形的最高點與最低點的差值(啟用示波器的自動測量功能中Vpp測量即可得出Vpp的值)；

B. 紋波：紋波的產生主要源于開關切換與整流過程，通常我們用RMS(均方根值)來表示紋波，一般用RMS RF伏特計來測量(調整好示波器的時基，開啟示波器自動測量功能中的平均值測量也可得到近似的結果)。

圖2為開關電源的噪聲與紋波的真實的描述。

工程師經常會看到PARD(periodic and random deviation)這個詞，實質上它也是表示紋波與噪聲。紋波與噪聲信號的帶寬一般分布在20Hz-20MHz之間，噪聲可以通過選擇合適的電容來濾除，對于紋波濾波電容的作用并不是很明顯。

如何測量噪聲與紋波 　

目前關于紋波與噪聲的測量方法有很多，業界尚沒有形成一個統一的標準，選擇的測試方法不同，測試結果會又很大的偏差。

從測試效果來看下面所介紹的方法得出的測試結果具有較高的可信度。

A.示波器設置：探頭輸入比例設置為1：1；耦合方式選擇'交流'；如果示波器輸入帶寬大于20MHz，開啟示波器帶寬限制功能。

B.探頭選擇：如圖3所示，探頭原接地線用接地彈簧代替；工廠的測試線上可以使用固定的測試座，探頭直接插入測試座內。

C.測量：直接接觸或盡可能地靠近測試點，如果待測電源需掛負載時，接線要盡量的短，以減小待測系統從外界引入的噪聲，同時測試環境的不同對測試結果也有很大的影響。

自動測試系統

以生產電源模塊的某企業為例，其主要生產電源穩壓模塊，一路輸入，一路或兩路輸出。以該公司的某型號產品為例，被測元件是16-32V直流輸入，一路20V的DC－DC穩壓直流輸出。測量得到的波形--即紋波，峰峰值為55mV左右，頻率255Hz，如圖4。

在生產線上需要對每一個器件進行測試，并且在每一個器件的測量過程中要器件輸入端接入多組數據(16-32V之間變化)，也會在輸出端連接不同阻值的負載，這樣就有多種排列組合方式，要對每一種組合方式的紋波進行測量，并且統計紋波最大峰峰值。如果通過人工進行測量，測試過程太復雜，測試時間長，當然也造成了生產效率很低。所以自動測量系統是非常必要的。

圖5為自動測量系統框圖，與示波器DS5000相關的主要是通過PC軟件控制示波器及PC軟件與單片機之間的通信。以下內容詳細說明了框圖每部分所實現的功能。

1.輸入源，在一段范圍內電壓可變的電壓源(通過電腦可以控制其輸出值)

2.可變電負載，在一段范圍內阻值可變的負載(通過電腦可以控制其阻值)

3.DS5000，測量輸出電壓的紋波，通過電腦控制采集紋波的峰峰值，并上傳所采集到的峰峰值給PC。

4.單片機，PC接受到單片機的測量命令，通過PC把DS5000上傳得到的峰峰值發送給單片機，單片機與設定值進行比較，得出產品是否合格的結論。并將結論顯示出來給工人看，并將結果反饋給PC。

5. PC，完成與各測量設備通信，自動測量系統的核心。

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，這樣會有多種組合方式，測量每種組合方式下的器件輸出電壓紋波的峰峰值就是DS5000要做的，通過PC軟件統計每一個測量器件的紋波最大值，反饋給單片機。程序如圖6所示。