一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置及方法与流程

本发明涉及直流稳压电源检测技术领域，尤其涉及一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置及方法。

背景技术：

电源纹波和噪声电压是衡量直流稳压电源品质的重要参数，纹波和噪声会影响电子系统的性能，造成电子系统故障，甚至危及生命财产安全。

目前电源的纹波及谐波，主要有以下几种测量方法：第一，使用交流电压表进行测量，此方法存在环境干扰大，不同交流电压表频带范围不同，也影响测量结果。灵敏度只能达到百微伏左右，无法测量纹波的各阶谐波；第二，使用示波器进行测量，此方法测试系统易受地环路的影响，内部和外部噪声混合在一起，小于示波器分辨率的纹波电压测量不到，一般只能测量毫伏级的纹波；第三，使用差分式放大器，同样无法测量纹波的各阶谐波。

目前所应用的纹波测量方法大多只能测量到mV量级，少数能够测量到μV量级的方法过程十分繁琐，且存在很多问题。随着科技发展，系统供电越来越低，纹波的影响越来越大，以前的纹波检测方法很难满足现有的需要，为此，需要开发一种更有效的直流稳压电源纹波检测装置，来适应新的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置，包括纹波信号提取电路、参考信号电路和测量电路，所述纹波信号提取电路和参考信号电路分别与所述测量电路连接。

所述纹波信号提取电路用于提取直流稳压电源的输出的交变信号，并将其作为被测信号；所述参考信号电路用于为所述测量电路提供特定频率的参考信号；并通过所述测量电路检测所述被测信号中与所述参考信号频率相同的纹波信号以及频率为所述参考信号频率整数倍的谐波信号。

本发明的有益效果是：本发明的一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置，参考信号取自变压器或开关电源振荡器检测灵敏度和抗干扰能力强，能够测量微伏或亚微伏级别的纹波及高次谐波电压，非常方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述纹波信号提取电路采用隔直电路,其高通频率低于50Hz。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述隔直电路取出直流稳压电源输出的电压，并对直流稳压电源输出的信号进行滤波，滤除其中的直流成分，最后输出被测信号，提高输出信号的质量，便于后续提高检测结果的准确性。

进一步：所述直流稳压电源为线性电源。

进一步：所述参考信号电路包括变压器T1、稳压供电电路和第一参考信号调理电路，所述变压器T1的初级线圈的两端与外部市电连接，且初级线圈的两端还与待测直流稳压电源的交流供电输入端对应连接，待测直流稳压电源的输出端通过所述纹波信号提取电路与所述测量电路的输入端连接，所述变压器T1的次级线圈的两端与所述稳压供电电路的两个输入端连接，次级线圈的两端还与所述第一参考信号调理电路的两个信号输入端对应连接，所述稳压供电电路与所述第一参考信号调理电路连接并为其提供电源，所述第一参考信号调理电路的输出端与所述测量电路的参考输入端连接。

上述进一步方案的有益效果是：由于直流线性电源的纹波由工频信号及其谐波产生，所以当直流电压电源为线性电源时，采用直接从市电中得到的工频信号，经过一系列变换处理后得到与工频完全同频的、且所述测量电路可用的信号作为参考信号，这样后续测量电路可准确的测量出纹波中的工频信号，并准确的分离出其余纹波信号。

进一步：所述直流稳压电源为线性电源或开关电源。

进一步：所述参考信号电路还包括第二参考信号调理电路，待测直流稳压电源中高频振荡器的输出端与所述第二参考信号调理电路的输入端连接，所述第一参考信号调理电路和第二参考信号调理电路的输出端通过选择开关K与所述测量电路的参考输入端连接，所述稳压供电电路与所述第二参考信号调理电路连接并为其提供电源。

上述进一步方案的有益效果是：由于直流开关电源的纹波由其内部开关器产生，所以要得到内部开关电路的频率，再转换成为测量电路可用的参考信号，才能从纹波信号中检测出开关电源的纹波。通过从所述开关电源的高频振荡器取出并经过所述第二参考信号调整电路调整和处理，并通过所述开关K切换，就可以从待测直流稳压电源输出的信号中检测出开关电源的纹波或者从待测直流稳压电源输出的信号中检测出工频信号的纹波。

本发明还提供了一种，直流稳压电源微弱纹波电压检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将待测直流稳压电源的输出信号进行隔直处理，并将处理后的信号作为被测信号；

步骤2：将参考信号电路输出的参考信号输出至测量电路，并通过所述测量电路检测所述被测信号中与所述参考信号频率相同的纹波信号以及频率为所述参考信号频率整数倍的谐波信号。

附图说明

图1为本发明的一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置结构示意图；

图2为本发明的纹波信号提取电路的电路图；

图3为本发明的测量电路的电路图；

图4为本发明实施例一的参考信号电路的电路图；

图5为本发明的第一参考信号调理电路的电路图；

图6为本发明实施例二的参考信号电路的电路图；

图7为本发明的一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置，包括纹波信号提取电路、参考信号电路和测量电路，所述纹波信号提取电路和参考信号电路分别与所述测量电路连接。

其中，所述纹波信号提取电路用于提取直流稳压电源的输出的交变信号，并将其作为被测信号；所述参考信号电路用于为所述测量电路提供特定频率的参考信号；所述测量电路用于检测所述被测信号中与所述参考信号频率相同的纹波信号以及频率为所述参考信号频率整数倍的谐波信号。

本实施例中，所述纹波信号提取电路采用隔直电路，其高通频率低于50Hz。

如图2所示，本实施例中，所述隔直电路包括电阻R1、电阻R2和电容C1，所述电阻R1的两端分别与直流稳压电源的两端一一对应连接，所述电阻R2和电容C1串联后再并联在所述电阻R1的两端，且所述电阻R2的两端作为被测信号的输出端与所述测量电路连接。通过所述电阻R1去除直流稳压电源输出的电压，并通过所述电容C1可以对直流稳压电源输出的信号进行滤波，滤除其中的直流成分，最后通过所述电阻R2输出被测信号，提高输出信号的质量，便于后续提高检测结果的准确性。

如图3所示，本实施例中，所述测量电路采用锁相放大电路，其包括前置放大器、相敏检波器、低通滤波器、直流放大器和相移器，所述纹波信号提取电路与所述前置放大器连接，所述前置放大器、相敏检波器、低通滤波器和直流放大器顺次连接，所述参考信号电路与所述相移器连接。通过上述自构的所述锁相放大电路，一方面可以降低成本，另一方面所述锁相放大电路具有极佳的灵敏度和抗干扰能力。

如图4所示，优选地，所述参考信号电路包括变压器T1、稳压供电电路和第一参考信号调理电路，所述变压器T1的初级线圈的两端与外部市电连接，且初级线圈的两端还与待测直流稳压电源的两个输入端对应连接，待测直流稳压电源的输出端通过所述纹波信号提取电路与所述测量电路的输入端连接，所述变压器T1的次级线圈的两端与所述稳压供电电路的交流供电输入端连接，次级线圈的两端还与所述第一参考信号调理电路的两个信号输入端对应连接，所述稳压供电电路与所述第一参考信号调理电路连接并为其提供电源，所述第一参考信号调理电路的输出端与所述测量电路的参考输入端连接。

优选地，所述直流稳压电源为线性电源，用于为第一参考信号调理电路和/或第二参考信号调理电路供电。线性电源的工作原理是先将220V市电通过变压器转为低压交流电，比如交流12V，经桥式整流、电容滤波和7805稳压后得到5V直流。

由于待测线性稳压电源的纹波由工频产生，所以当待测直流稳压电源为线性电源时，采用直接从同一供电线路的市电中得到的工频信号，经过一系列变换处理后得到与工频完全同步的、且所述测量电路可用的信号作为参考信号，这样后续测量电路可准确的测量出待测稳压电源的工频同步纹波及其谐波。

如图5所示，本实施例中，所述第一参考信号调理电路包括电位器RP、限流电阻R3、光电偶合管U3、电阻R4、施密特触发器U4、电阻R5和电容C6，所述电位器RP和限流电阻R3顺次串联在所述变压器T1次级线圈的一端与所述光电偶合管U3的2号引脚之间，所述变压器T1次级线圈的另一端直接与所述光电偶合管U3的3号引脚连接，所述光电偶合管U3的5号引脚接地，6号引脚与所述施密特触发器U4的1号引脚连接，8号引脚与所述5V稳压供电电路的输出端连接，且6号引脚和8号引脚之间连接有所述电阻R4；所述施密特触发器U4的2号引脚与3号引脚连接，4号引脚通过所述电阻R5接地，且4号引脚还通过所述电容C6与测量电路的输入端连接，7号引脚接地，14号引脚与所述5V稳压供电电路的输出端连接。通过所述第一参考信号调理电路可以将取自变压器T1的工频参考信号调理整形成标准的方波信号，作为锁相放大电路的参考信号。

其中，所述光电偶合管采用型号为6N136的高速光电偶合管，所述施密特触发器的型号为CD40106。

如图6所示，优选地，所述参考信号电路还包括第二参考信号调理电路，待测直流稳压电源中高频振荡器的输出端与所述第二参考信号调理电路的输入端连接，所述第一参考信号调理电路和第二参考信号调理电路的输出端通过选择开关K与所述测量电路的参考输入端连接，所述稳压供电电路与所述第二参考信号调理电路连接并为其提供电源。

优选地，所述待测直流稳压电源为线性电源或开关电源。

由于开关电源的纹波由其内部开关产生，所以要得到内部开关电路的频率，再转换成为测量电路可用的参考信号，才能从纹波信号中检测出开关电源的纹波。通过从所述开关电源的高频振荡器取出并经过所述第二参考信号调理电路调整和处理，并通过所述开关K切换，就可以从待测直流稳压电源输出的信号中检测出开关电源的纹波或者从待测直流稳压电源输出的信号中检测出工频信号的纹波。

当采用开关电源时，其与线性电源的的工作原理类似，区别在于参考信号从开关电源的振荡器取出，便于从纹波信号中检测出开关电源的纹波。

如图7所示，本发明还提供了一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测方法，包括如下步骤：

步骤1：将待测直流稳压电源的输出信号进行隔直处理，并将处理后的信号作为被测信号；

步骤2：将参考信号电路输出的参考信号输出至测量电路，并通过所述测量电路检测所述被测信号中与所述参考信号频率相同的纹波信号以及频率为所述参考信号频率整数倍的谐波信号。

本发明的一种直流稳压电源微弱纹波及谐波电压检测装置及方法，采用锁相放大器进行测量，参考信号取自变压器或开关电源振荡器检测灵敏度和抗干扰能力强，能够测量微伏或亚微伏级别的纹波及高次谐波电压，非常方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。