转换器 AC 电源抑制性能测量技术解析

在电力电子、工业控制及精密仪器等领域，转换器作为能量转换与信号处理的核心部件，其工作稳定性直接影响整个系统的可靠性。AC 电源抑制性能(Power Supply Rejection Ratio，PSRR)是衡量转换器抗电网波动干扰能力的关键指标，指转换器输出信号对输入 AC 电源电压变化的抑制能力，数值越高表示抗干扰性能越强。精准测量 PSRR 对于优化转换器设计、提升系统抗干扰能力具有重要意义。本文将从测量原理、核心方法、设备选型及误差控制四个维度，系统解析转换器 AC 电源抑制性能的测量技术。

一、AC 电源抑制性能的核心原理与指标定义

AC 电源抑制性能的本质是转换器对输入电源中交流纹波、电压波动及电磁干扰的衰减能力。其核心指标 PSRR 的定义为：在规定频率范围内，输入电源电压变化量与输出信号变化量的比值，通常以分贝(dB)为单位，计算公式为：PSRR (dB) = 20log₁₀(ΔV_in / ΔV_out)，其中 ΔV_in 为输入 AC 电源的电压变化幅值，ΔV_out 为输出信号的变化幅值。

在实际应用中，PSRR 的测量需关注两个关键维度：一是频率范围，通常覆盖 50Hz 电网基波至 1MHz 高频干扰，不同应用场景对测量频率区间的要求不同，如工业控制场景需重点关注 50Hz-1kHz 的低频干扰，而精密仪器则需延伸至 100kHz 以上的高频段;二是抑制精度，高精度转换器的 PSRR 需达到 80dB 以上，部分航空航天领域的特种转换器甚至要求超过 120dB，这对测量技术的灵敏度和稳定性提出了严苛要求。

二、主流测量方法及技术实现

目前行业内常用的 AC 电源抑制性能测量方法主要包括直接注入法、替代法和频谱分析法，三种方法各有适用场景，需根据转换器类型和测量需求选择。

直接注入法是最基础且应用最广泛的测量方法，其核心原理是通过信号发生器向 AC 电源中注入特定频率和幅值的干扰信号，同时测量输入干扰电压和输出信号的波动值，进而计算 PSRR。该方法的优势在于操作简单、物理意义明确，适用于线性转换器和开关转换器的低频段测量(50Hz-10kHz)。具体实现步骤为：首先将纯净 AC 电源接入转换器，记录输出基准值;随后通过耦合变压器将干扰信号注入电源回路，保持注入信号频率不变，逐步调节幅值，直至输出波动达到可测量范围;最后根据输入干扰幅值与输出波动幅值的比值计算 PSRR。

替代法适用于高频段(10kHz-1MHz)测量，解决了直接注入法中高频干扰信号衰减严重、测量精度不足的问题。其核心思路是用标准信号源替代实际电源干扰，通过测量转换器对标准信号的抑制能力来间接表征 PSRR。具体操作时，先将转换器接入无干扰的纯净电源，用信号发生器通过高精度衰减器向转换器输入端注入标准信号，记录输出信号的响应;再将信号发生器接入电源回路，注入相同频率和幅值的信号，测量输出响应;通过两次测量结果的比对，消除电源本身噪声的影响，得到更精准的 PSRR 值。该方法的关键在于衰减器的精度和信号源的频率稳定性，需选用误差小于 0.1dB 的高频衰减器和频率精度优于 ±0.01% 的信号发生器。

频谱分析法是基于频域分析的高级测量方法，适用于复杂干扰场景下的 PSRR 测量。该方法通过频谱分析仪采集输入电源和输出信号的频域特征，提取各频率点的电压幅值，进而计算不同频率下的 PSRR 值，形成完整的 PSRR 频率响应曲线。其优势在于能够同时测量多个频率点的抑制性能，快速定位转换器的抗干扰薄弱频段，适用于开关转换器等高频工作的器件。实现过程中，需注意频谱分析仪的分辨率带宽设置，通常选择 10Hz-100Hz 的窄带宽，以减少噪声干扰，同时保证测量频率步长均匀，覆盖目标频率范围。

三、测量设备选型与系统搭建要点

精准测量 PSRR 的关键在于设备选型的合理性和系统搭建的规范性。核心设备包括纯净 AC 电源、信号发生器、耦合变压器、高精度电压表、频谱分析仪及屏蔽装置等。

纯净 AC 电源需满足输出电压稳定度优于 ±0.1%、纹波电压小于 1mVrms 的要求，避免电源本身的噪声对测量结果产生干扰。推荐选用线性稳压电源或低噪声开关电源，同时配备电源滤波器，进一步降低电网引入的杂波。信号发生器需覆盖 50Hz-1MHz 的频率范围，输出电压幅值可调范围为 1mV-10V，失真度小于 0.1%，确保注入干扰信号的纯度。耦合变压器用于将干扰信号与电源回路隔离耦合，需选用高频特性良好、漏感小的变压器，避免在高频段产生信号衰减和相位偏移。

高精度电压表需具备微伏级测量精度，输入阻抗大于 10MΩ，以减少对测量回路的负载影响，推荐选用分辨率为 1μV、误差小于 ±0.02% 的数字万用表。频谱分析仪需具备宽频率范围(1Hz-1GHz)、高灵敏度(底噪小于 - 100dBm)和高动态范围(大于 80dB)，适用于高频段和复杂干扰场景的测量。此外，为避免外界电磁干扰，测量系统需搭建屏蔽环境，采用屏蔽电缆传输信号，接地电阻小于 4Ω，确保测量回路的电磁兼容性。

系统搭建时，需注意回路阻抗的匹配和干扰的隔离。例如，耦合变压器的输出阻抗应与电源回路阻抗匹配，避免信号反射;信号注入点应靠近转换器输入端，减少传输路径上的干扰衰减;测量仪器的接地应采用单点接地方式，避免形成接地环路，产生共模干扰。同时，需对系统进行校准，用标准电阻和电容搭建校准回路，验证电压表和信号发生器的精度，确保测量误差控制在 ±1dB 以内。

四、测量误差控制与常见问题解决方案

PSRR 测量过程中，常见误差来源包括电源噪声、环境电磁干扰、设备误差及测量方法本身的局限性。为提高测量精度，需采取针对性的误差控制措施。

电源噪声是低频段测量的主要误差源，可通过在电源输出端并联电解电容和陶瓷电容的组合滤波电路，抑制低频纹波和高频杂波;同时选用低噪声电源，减少自身噪声的影响。环境电磁干扰可通过屏蔽箱、屏蔽电缆和接地处理来抑制，屏蔽箱的屏蔽效能应大于 80dB，电缆需采用双绞屏蔽线，接地电阻控制在 4Ω 以下。设备误差主要来自仪器的精度不足，需定期对信号发生器、电压表等设备进行校准，选用符合测量要求的高精度仪器，避免因设备误差导致 PSRR 测量值偏差超过 2dB。

此外，测量过程中还需注意以下问题：一是转换器的负载条件，PSRR 与负载电流密切相关，测量时需模拟实际工作负载，保持负载电流稳定;二是干扰信号的注入方式，低频段采用串联注入，高频段采用并联注入，避免注入方式不当导致信号衰减;三是输出信号的测量方式，对于电压输出型转换器，直接测量输出电压波动;对于电流输出型转换器，需通过高精度采样电阻将电流转换为电压后再测量。

五、应用场景与技术发展趋势

AC 电源抑制性能测量技术广泛应用于电力电子、汽车电子、航空航天等领域。在工业控制领域，线性转换器的 PSRR 测量需重点关注 50Hz-1kHz 的低频干扰，确保设备在电网波动环境下稳定工作;在新能源汽车领域，车载转换器需承受复杂的电源干扰，PSRR 测量需覆盖 10Hz-100kHz 范围，保障动力系统的可靠性;在航空航天领域，特种转换器的 PSRR 需达到 120dB 以上，测量时需采用高灵敏度设备和屏蔽措施，满足极端环境下的抗干扰要求。

随着转换器向高频化、小型化、高精度方向发展，PSRR 测量技术也呈现出三大趋势：一是测量频率范围不断拓宽，从传统的低频段延伸至 1MHz 以上的高频段，以适应开关转换器的高频工作特性;二是测量自动化程度提升，基于 LabVIEW 等软件平台搭建自动测量系统，实现多频率点、多参数的自动采集和数据分析;三是抗干扰技术升级，采用差分测量、屏蔽接地优化等手段，进一步降低测量误差，满足高精度转换器的测量需求。