基于RIGOL數字示波器的電源紋波自動(dòng)測量系統

北京普源精電科技有限公司技術(shù)工程師 高增鑫

引言

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

紋波與噪聲指的是什么

可以說(shuō)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(lái)表示噪聲，也就是波形的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的差值(啟用示波器的自動(dòng)測量功能中Vpp測量即可得出Vpp的值)；

B. 紋波：紋波的產(chǎn)生主要源于開(kāi)關(guān)切換與整流過(guò)程，通常我們用RMS(均方根值)來(lái)表示紋波，一般用RMS RF伏特計來(lái)測量(調整好示波器的時(shí)基，開(kāi)啟示波器自動(dòng)測量功能中的平均值測量也可得到近似的結果)。

圖2為開(kāi)關(guān)電源的噪聲與紋波的真實(shí)的描述。

工程師經(jīng)常會(huì )看到PARD(periodic and random deviation)這個(gè)詞，實(shí)質(zhì)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(guò)選擇合適的電容來(lái)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(guān)于紋波與噪聲的測量方法有很多，業(yè)界尚沒(méi)有形成一個(gè)統一的標準，選擇的測試方法不同，測試結果會(huì )又很大的偏差。

從測試效果來(lái)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(kāi)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(xiàn)用接地彈簧代替；工廠(chǎng)的測試線(xiàn)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(diǎn)，如果待測電源需掛負載時(shí)，接線(xiàn)要盡量的短，以減小待測系統從外界引入的噪聲，同時(shí)測試環(huán)境的不同對測試結果也有很大的影響。

自動(dòng)測試系統

以生產(chǎn)電源模塊的某企業(yè)為例，其主要生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)線(xiàn)上需要對每一個(gè)器件進(jìn)行測試，并且在每一個(gè)器件的測量過(guò)程中要器件輸入端接入多組數據(16-32V之間變化)，也會(huì )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(jìn)行測量，并且統計紋波最大峰峰值。如果通過(guò)人工進(jìn)行測量，測試過(guò)程太復雜，測試時(shí)間長(cháng)，當然也造成了生產(chǎn)效率很低。所以自動(dòng)測量系統是非常必要的。

圖5為自動(dòng)測量系統框圖，與示波器DS5000相關(guān)的主要是通過(guò)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(shuō)明了框圖每部分所實(shí)現的功能。

1.輸入源，在一段范圍內電壓可變的電壓源(通過(guò)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(guò)電腦可以控制其阻值)

3.DS5000，測量輸出電壓的紋波，通過(guò)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(guò)PC把DS5000上傳得到的峰峰值發(fā)送給單片機，單片機與設定值進(jìn)行比較，得出產(chǎn)品是否合格的結論。并將結論顯示出來(lái)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(dòng)測量系統的核心。

在測試過(guò)程中，輸入源會(huì )有一組變化值，可變電負載會(huì )有一組變化值，這樣會(huì )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(guò)PC軟件統計每一個(gè)測量器件的紋波最大值，反饋給單片機。程序如圖6所示。