程式控制電源技術與應用指南（4）

在工程師們使用電源為被測件供電時，首先需要考慮的是電壓、電流、功率，之後可能就是輸出雜訊了。理想電源應該有完美的 DC 輸出， 在通道輸出沒有串擾信號，也沒有任何信號從地線串擾到輸出端。 但實際上，電源輸出端上都存在有限的雜訊； 在輸出端與大地之間， 由於阻抗不是無窮大，也存在一些漏電流。 前者稱為差模（或串模）電壓雜訊，後者稱為共模電流雜訊。圖 1 就是關於共模與差模雜訊源的簡圖

圖 1. 共模與差模雜訊簡圖差模電壓雜訊是我們通常提到的電源雜訊， 其來源主要是與輸入電網頻率相關的紋波以及其它隨機雜訊疊加構成。在開關電源中， 高頻開關是最重要的紋波和雜訊的來源。在高品質台式程式控制電源中，這兩種雜訊輸出都很小，其雜訊電壓的峰峰值通常在2-10mV。同時，為了減少周圍環境引入雜訊，需要使用雙絞線與被測件連接，並且讓電源遠離大功率設備及其它雜訊源， 以確保差模電壓雜訊保持在很低的水平。共模電流雜訊是輸出端與地之間的電流雜訊信號。 通常情況下， 線性直流電源共模電流雜訊要遠優於開關直流電源。對於一些對雜訊很敏感的應用， 如果不注意到這點，就可能會成為問題。下圖顯示共模電流雜訊迴路，因此，共模雜訊本身就是電流信號。

在傳統開關程式控制電源中，共模電流雜訊通常要比線性電源高得多。在開關電源中，開關管通常是固定在散熱器上，這樣它們之間就存在一個寄生電容。開關管的高壓轉換(dV/dt)在電容上耦合到輸出，通過這個寄生電容生成高達上百毫安的峰值高頻共模電流。相比之下，正常設計的線性直流電源通常只會生成幾微安的峰值共模電流雜訊。但值得一提的是，如果設計不慎，線性直流電源仍能夠生成幾毫安的峰值共模電流雜訊。在迴路中，共模電流雜訊通過迴路上的阻抗，會轉化成高頻電壓雜訊， 當這個高頻電壓雜訊疊加在直流輸出電壓上時，會可能成為問題，它會體現基本與常模雜訊基本相同的特徵。 當然，這取決於被測件迴路中的電流幅度和阻抗不平衡。如果足夠大，這要比常模(差模) 電壓雜訊更加麻煩。一般來說，微安級的線性DC電源可以忽略不計，而傳統開關DC電源幾百毫安的電流則應該引起關注。因此，盡量減少接地線的長度、實現測試系統的共地都是減少共模雜訊的有效方法。 由於共模電流雜訊經常被錯誤理解或忽略，人們可能會留下錯誤的印象，即開關DC電源有高共模電流雜訊，從而認為所有開關電源都不適合進行測試。但事實證明，共模電流雜訊通常對大多數應用並不是問題，大多數應用對雜訊相對並不敏感。例如，這裡討論的通信和數字信息系統使用的器件， 在實際使用時就通過開關 DC電源供電。同樣，數字電路在電路板上可能會生成相當大的雜訊，本身就有明顯的雜訊餘量。但有些時候，共模電流雜訊將會是個問題。 像一些諸如雷達這樣靈敏的模擬電路，需要增加濾波後， 才可利用一些高性能的開關電源。這些開關電源可以在測試夾具上採用相應的低通濾波技術，能夠衰減共模電流雜訊中存在的高頻諧波。這些濾波技術還可以有效用於其它高頻雜訊上的抑制，包括AC源EMI和接地環路拾取的雜訊。不管採用哪種電源結構，這些雜訊都可能會存在的。下表匯總了各種DC電源典型的共模電流雜訊性能。通過認真設計電源，可以最大限度地降低共模電流雜訊，使系統開關電源適合低雜訊測試的應用要求。例如，Agilent N6762A 電源模塊就是開關電源的結構，但其峰值共模電流雜訊不到2毫安。由於它已經達到甚至優於線性電源的性能，因此不管什麼樣的應用，其都不可能成為問題。參數傳統線性電源Agilent N6762A傳統開關電源共模雜訊電流,20Hz–20MHz最高几十uAp-p< 2 mAp-p最高几百mApp表2: 共模雜訊電流特點由於這個共模電流雜訊的存在，對地之間的任何阻抗都會產生一個壓降這個壓降等於該共模雜訊電流乘以阻抗值。為了將它降到最低，可以將電源與被測件共地。 當然，這必須是一個乾淨的地。此外，任何對地阻抗都應有與之互補的對地阻抗值，從而由於阻抗的平衡抵消了任何產生的電壓。當如果這個電路不是以大地為參考，例如差浮地供電，那麼共模電源雜訊通常就不會成為問題。
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