Мультиметр показывает стабильные 12 В на выходе блока питания, но подключённая электроника периодически зависает, а в работе датчиков появляются ошибки. Причиной могут быть пульсации — небольшие колебания напряжения, которые накладываются на постоянную составляющую питания.
Обычный мультиметр не всегда позволяет обнаружить такие колебания. Чтобы оценить их амплитуду, частоту и форму, используют осциллограф.
Почему возникают повышенные пульсации
Небольшие пульсации присутствуют на выходе многих источников питания. Проблема возникает, когда их уровень превышает допустимое значение для конкретного устройства.
Износ выходных конденсаторов. Снижение ёмкости или рост внутреннего сопротивления конденсаторов ухудшают сглаживание напряжения, особенно при увеличении нагрузки.
Недостаточная фильтрация. Неправильно подобранные или неисправные элементы выходного фильтра пропускают больше переменной составляющей.
Особенности работы преобразователя. В импульсных блоках питания колебания связаны с переключением силовых компонентов. Неисправности цепи обратной связи или изменение режима преобразования способны увеличить пульсации.
Изменение нагрузки. При росте потребляемого тока амплитуда пульсаций может увеличиваться. При этом кратковременный провал напряжения после скачка нагрузки необходимо отличать от установившихся периодических пульсаций.
Как измерить пульсации осциллографом
Рассмотрим измерение на доступном изолированном низковольтном выходе блока питания, когда подключение общего провода щупа к выходному минусу безопасно и допустимо.
- Проверьте подключение. Убедитесь, что выходная цепь допускает соединение с заземлением осциллографа. Подключите наконечник щупа к плюсу, а короткий заземляющий контакт — к минусу выхода. Не подключайте обычный заземлённый щуп к сетевой первичной цепи или неизвестной плавающей точке.
- Оцените постоянное напряжение. В режиме DC убедитесь, что выход соответствует номиналу. Затем для просмотра небольшой переменной составляющей можно использовать AC-связь, учитывая, что она скрывает постоянное напряжение и медленные изменения.
- Установите полосу измерения. Если документация блока питания предусматривает измерение с ограничением полосы 20 МГц, включите соответствующий режим. Для исследования быстрых выбросов может потребоваться более широкая полоса.
- Измерьте размах пульсаций. Используйте функцию Peak-to-Peak (Vpp), которая показывает разницу между максимальным и минимальным напряжением на осциллограмме. Запишите также частоту колебаний и настройки прибора.
- Повторите измерение под нагрузкой. Сравните результаты без нагрузки и при предусмотренном рабочем токе. Для воспроизводимой проверки можно использовать электронную нагрузку.
Как оценить результаты измерений
Допустим, блок питания выдаёт 12 В, а осциллограф показывает пульсации размахом 120 мВpp.
Отношение размаха пульсаций к номинальному напряжению:
0,12 В / 12 В × 100% = 1%.
Это не означает, что среднее напряжение упало на 1%. Речь идёт о полном размахе его переменной составляющей.
Другой пример: при токе 1 А размах составляет 40 мВpp, а при 3 А увеличивается до 160 мВpp. Пульсации выросли в четыре раза. Это повод проверить выходные конденсаторы, фильтрацию и режим работы преобразователя.
Если частота коммутации составляет 100 кГц, период переключений равен:
1 / 100 000 Гц = 10 мкс.
Повторяющиеся колебания с таким периодом могут быть связаны с работой преобразователя. Однако характер осциллограммы необходимо оценивать с учётом конструкции источника.
Все приведённые значения условные. Допустимый уровень пульсаций определяется документацией конкретного блока питания и методикой измерения.
Как отличить пульсации от помех измерения
Длинный заземляющий провод щупа способен улавливать электромагнитные помехи и создавать на осциллограмме дополнительные колебания.
Практический совет: используйте короткую заземляющую пружину щупа и измеряйте напряжение непосредственно на выходных контактах или предусмотренных контрольных точках. Если после сокращения соединения высокочастотные выбросы заметно уменьшились, первоначальный результат мог быть искажён измерительным подключением.
Также учитывайте собственный шум осциллографа. При измерении небольших пульсаций в несколько милливольт он может существенно влиять на показания.
После обнаружения повышенных пульсаций сравните результаты при разных допустимых нагрузках, проверьте состояние выходного фильтра и повторите измерения после устранения причины.
Для диагностики источников питания ознакомьтесь с контрольно-измерительным оборудованием Rigol . Специалисты X-Com помогут подобрать осциллограф, лабораторный источник питания или электронную нагрузку с учётом диапазона напряжений, рабочих токов и требуемой точности измерений.
