Пульсации источника питания: что это такое, как их измерить и когда они имеют значение

В техническом паспорте источника питания указано, что пульсации составляют “≤100 мВp-p”. Вы подключаете осциллограф к выходу и видите сигнал, который ничуть не похож на чистую пилообразную волну амплитудой 100 мВ, а любитель-электротехник из соседнего кабинета только что измерил на своем новом лабораторном источнике питания на напряжении 5 В значение 1,4 Вp-p и хочет узнать, не сломался ли он (Reddit r/AskElectronics, 2025). Вы оба рассматриваете одну и ту же страницу этой истории: слово “ripple” несет в себе слишком много смысла. Под ним скрываются четыре разных сигнала с четырьмя разными причинами, четырьмя разными проблемами измерения и четырьмя разными представлениями о том, что считается “приемлемым”. В данном руководстве они разделены, а затем представлена структура, которая поможет вам определить, насколько чистым на самом деле должен быть ваш источник постоянного тока.

Что на самом деле представляют собой пульсации источника питания: четыре сигнала, скрывающиеся в выходном постоянном токе

Риппл — это остаточные периодические колебания напряжения постоянного тока на выходе источника питания (Википедия, “Риппл (электрический)”). Это определение верно, но само по себе бесполезно, поскольку на осциллографе никогда не отображается только один сигнал. На этой линии постоянного тока присутствуют четыре составляющие, и только одна из них является тем, что в технических характеристиках называют пульсациями:

Почему это разделение имеет значение? Эти четыре компонента различаются по частоте на три–четыре порядка величины, для их измерения требуются разные схемы, они вызывают повреждения разных нагрузок, а единое ограничение “≤100 мВp-p” охватывает ровно один из них. Коэффициент пульсаций (старое соотношение среднеквадратичных значений RF = V~AC / V~DC) также описывает только гладкую периодическую составляющую, и, поскольку это соотношение среднеквадратичных значений, оно всегда выглядит больше, чем значение mVp-p, которое люди приводят сегодня. Вот почему эти два показателя, кажется, никогда не совпадают.

Небольшое отступление, поскольку в результатах поиска это слово постоянно всплывает: “пульсации генератора” — переменная составляющая в выходном сигнале зарядной системы автомобиля, которую технические специалисты проверяют для оценки исправности диодов, — это отдельный показатель, относящийся к другой системе. Одно и то же слово, но другая область знаний; в данном руководстве речь идет исключительно об источниках питания.

Как измерить пульсации в источнике питания: как получить достоверный результат

Большинство показаний “плохой пульсации” являются неверными измерениями. Три параметра определяют, имеет ли ваше значение какой-либо смысл:

• Соединение: Используйте AC-развязку, чтобы уровень постоянного тока блокировался, а усиливался только остаточный сигнал. Удивительно много руководств упускают этот момент (Форум EEVblog, 2021).
• Пропускная способность: Ограничение в 20 МГц, характерное для многих осциллографов, обусловлено устаревшими испытательными спецификациями. Оно скрывает резкие высокочастотные составляющие современных импульсных источников питания. Если вы сравниваете результаты с данными технического описания, используйте ту же полосу пропускания, что и производитель (часто 20 МГц); если же вы ищете реальную проблему, включите полную полосу пропускания. Реальность может оказаться пугающей.
• Подключение щупа: Длинный заземляющий провод на стандартном щупе действует как антенна. Его заземляющий контур улавливает магнитные поля, создаваемые импульсными токами, и отображает ложные пики. Именно поэтому фраза “Я добавил конденсаторы, но пульсации по-прежнему высокие” обычно свидетельствует о проблеме со щупом, а не с источником питания (StackExchange по электронике, 2024). Используйте контакт «кончик-корпус», заземление с помощью скрепки или коаксиальный терминатор сопротивлением 50 Ом, установленный рядом с выходным конденсатором (Analog Devices AN-1144).

Один из инструментов заслуживает отдельного предупреждения.

Именно к нему большинство людей обращается в первую очередь:

“Хитрость” с «двумя конденсаторами на конце кабеля», которая распространяется на видеоплатформах, — это вопрос личного усмотрения: она имитирует подключенную нагрузку, что выглядит более реалистично, чем простой источник питания, но при этом отфильтровывает часть информации, которую вам, возможно, действительно нужно увидеть (Форум EEVblog, 2021). Сначала определите, какой из четырёх сигналов вы хотите отслеживать. Затем выберите настройку, которая пропускает именно этот сигнал.

Какой уровень пульсаций в источнике питания считается допустимым? Это зависит от нагрузки

Спросите: “Какой уровень пульсаций считается допустимым?”, и вы получите противоречивые ответы: абсолютные значения в милливольтах (спецификация ATX допускает 120 мВp-p на шине +12 В и 50 мВp-p на шинах 5 В/3,3 В, согласно Tom’s Hardware), процентные соотношения (популярным практическим правилом является 1%; в справочниках ARRL традиционно рекомендуется соотношение лучше, чем 5% для CW-передатчика и 3% для анодного питания линейного усилителя, согласно WSJT-X на groups.io, 2021) и коэффициент пульсаций. Ни один из них не является неправильным; каждый из них измеряет разные величины для разных нагрузок. Единственная концепция, которая выдерживает проверку реальностью, подходит к вопросу с учетом того, что именно вы питаете.

Четыре диапазона нагрузки: кому это интересно и насколько

• Приводы и устойчивость к помехам (катушки реле, лампы, насосы, шкафы с контакторами): Пульсации в данном случае практически не имеют значения. Эти нагрузки обладают огромным рабочим запасом; колебание в 100 мВ на шине 24 В для них ничто.
• Цифровая логика: Большинство логических плат оснащены собственными средствами локальной стабилизации, которые гасят пульсации напряжения на шинах до того, как они достигнут микросхем. На самом деле логическим схемам наносит ущерб кратковременное падение напряжения в точке нагрузки. Это проблема, связанная с переходными процессами, а не с характеристиками пульсаций напряжения.
• Аналоговые измерения и сбор данных: Контуры 4–20 мА, датчики, входные блоки АЦП. Здесь пульсации напрямую влияют на допустимую погрешность. По практическому опыту инженеров, 30 мВ — это допустимое значение для общего применения, но слишком большое для низковольтной прецизионной логики, работающей при напряжении 1,8 В (StackExchange по электронике, 2020); эта же логика применима к любому аналоговому входному блоку, в котором опорное напряжение и сигнал используют один и тот же уровень.
• РЧ и аудио: самый требовательный диапазон, где пульсации и шум превращаются в гул и помехи. Это и есть мир, о котором говорится в приведённых выше процентах ARRL.

Почему эти три “приемлемые” шкалы никогда не совпадают

Милливольты, проценты и коэффициент пульсаций измеряют разные величины на разных шинах. Пульсация 100 мВ соответствует 2% для шины 5 В и 0,4% для шины 24 В. Одно и то же физическое значение дает противоположные выводы в зависимости от того, по какой шкале вы его считываете. Коэффициент пульсаций ещё больше усугубляет ситуацию: поскольку это среднеквадратичное соотношение, источник питания, который по этому показателю выглядит образцово — “0,07” (7%) — выглядит тревожно по сравнению с линией 50 мВp-p. Прежде чем сравнивать любые два числа, приведите их к одной шине, к одной системе измерения и к одним и тем же условиям. Большинство “противоречивых советов” исчезает, когда вы это делаете.

Рабочая матрица для ваших собственных рельсов

Вся суть в одном предложении: шина, которая отлично подходит для релейного шкафа, может стать причиной неисправности датчика 4–20 мА. Сначала определите тип нагрузки, а уже потом обсуждайте милливольты.

Одно замечание по поводу честности: ни у одной из этих серий нет официального универсального порогового значения, поскольку реальным авторитетом являются технические характеристики каждого конкретного источника питания, поэтому матрица указывает, где искать информацию, а не дает число, которому следует слепо доверять. И помните о том, что технические характеристики никогда не учитывают: старение. По мере старения выходных конденсаторов ESR увеличивается, а эффективность фильтрации снижается, поэтому источник питания, который прошел проверку в первый год, к пятому году может стать более шумным. Назовем это режимом отказа “раньше все было в порядке”.

Изучение спецификации Ripple: что показывают и чего не показывают цифры в техническом паспорте

Такая строка в технических характеристиках, как “Пульсации и шум: 120 мВp-p”, на первый взгляд кажется одинаковой у разных поставщиков. Однако это не так, пока не известны условия.

На снимке изображена испытательная установка

Рассмотрим типичный класс блоков питания на DIN-рейке мощностью 75 Вт: в серии Mean Well NDR-75 указаны значения 80 мВp-p при выходном напряжении 12 В, 120 мВp-p при 24 В, и 150 мВp-p при 48 В. То, что не указано в таблице дистрибьютора, а обычно приводится мелким шрифтом в полном техническом описании, — это условия измерения: полоса пропускания (обычно 20 МГц), режим нагрузки (часто полная нагрузка) и метод терминирования (метод с использованием коаксиального кабеля с сопротивлением 50 Ом, описанный в приложении компании Analog Devices, Тысяча сто сорок четыре). Два источника питания могут оба по праву указывать значение “120 мВp-p” и при этом вести себя по-разному при вашем токе нагрузки, поскольку один из них был измерен при нагрузке 50%, а другой — при 100%, либо один — при частоте 20 МГц, а другой — при полностью открытом выходе.

В чём же заключаются различия между недорогими и премиальными расходными материалами

Вот какую закономерность стоит знать: по показателю пульсаций на базовом переключении бюджетные и брендовые источники питания одного и того же класса находятся в одном диапазоне милливольт: типичные значения по всему рынку составляют от 80 до 150 мВp-p на шинах 12–48 В. Разница проявляется в остальных трёх показателях. Пики шума не указаны (или исключены из спецификации ограничениями по полосе пропускания); переходная характеристика не входит в строку, посвящённую пульсациям; а прозрачность условий (то есть то, раскрывает ли производитель вообще свою «рецептуру») сильно варьируется. Поэтому, когда разница в цене даёт вам что-то дополнительное, это, как правило, разница между максимальными и типовыми значениями, стабильность партий, честные условия тестирования и гарантия, подкреплённая цифрой, а не более низкий показатель пульсаций.

Пять вопросов, которые следует задать любому поставщику источников питания

И граница, которую никто не указывает: когда фильтрация не помогает. Если вы уже пробовали использовать выходные конденсаторы, но уровень “пульсаций” остался высоким, то, скорее всего, вы пытались устранить не пульсации, а всплески шума. Выходные конденсаторы могут сгладить периодическую составляющую, но не устранят всплески, полоса пропускания которых перекрывается с полосой пропускания импульсного сигнала (StackExchange по электронике, 2024). В случае нагрузок, требующих высокой точности, правильным решением зачастую является использование посторегулятора (LC-фильтра или LDO-регулятора, установленного после импульсного источника питания), а не более дорогого импульсного источника питания с более привлекательными техническими характеристиками.

Устранение неисправностей на месте: “Загрязнённое” напряжение 24 В вывело из строя мой датчик — это пульсации или нет?

Когда датчик 4–20 мА постоянно выходит из строя или аналоговое показание дрейфует, интуиция специалистов на месте правильна: сначала следует проверить источник питания. “Первое, что я бы проверил, — это источник питания: убедился бы, что напряжение составляет ровные 24 В постоянного тока без скачков и пульсаций; грязное питание может быстро вывести датчики из строя”, — как выразился один из техников r/PLC при диагностике датчика давления, который за несколько дней вывел из строя два запасных экземпляра (Reddit r/PLC, 2025). Но обратите внимание, на что на самом деле проверял контрольный список в той ветке: скачки напряжения при включении контакторов и двигателей, заземление и соединительные провода, утечку в частотно-регулируемом приводе, а не характеристики пульсаций. Именно это и является различием между четырьмя сигналами, которое проявляется в реальных условиях эксплуатации.

1. Определите область действия рельса при различных событиях переключения: обратите внимание на то, что происходит в момент срабатывания контактора или двигателя в шкафу, а не только на форму сигнала в установившемся режиме.
2. Проверьте опорное напряжение 0 В: Негативный полюс источника питания подключен к заземлению, по которому протекает ток от другого оборудования? Значение “0 В”, которое изменяется под нагрузкой, свидетельствует о проблеме ввода тока, а не о пульсациях.
3. Обратите внимание на внешние источники: Двигатели с частотно-регулируемыми приводами (ЧРП), сварка поблизости, корродированные соединения на технологической линии. В одном случае с ПЛК причиной неоднократных выходов датчиков из строя оказалось заземление, которое откорродировало на двигателе насоса с ЧРП, физически подключенном к тому же резервуару (Reddit r/PLC, 2025).
4. Проведите эксперимент по изоляции: Подключите подозрительный датчик к отдельному, специально выделенному источнику питания (или через изолятор сигнала). Если он там продолжит работать, значит, источник питания не был причиной неисправности; если он там тоже выйдет из строя, проверьте датчик и контур.

Но проблема заключается и в обратном: множество неисправных датчиков не имеет никакого отношения к источнику питания. Петли заземления, утечка в режиме общего сигнала частотно-регулируемого привода (VFD), сварка во время остановки оборудования и сам датчик — все это маскируется под “грязное питание”. Эти четыре шага нужны именно для того, чтобы вы не заменили исправный источник питания на более качественный и не посчитали работу завершённой. Это классический пример дорогостоящего «нерешения проблемы».

Для дистрибьюторов: продавайте диагностику, а не минимальные значения в милливольтах

Если вы занимаетесь продажей источников питания, всё вышесказанное сводится к одному коммерческому факту: покупатель, который звонит по поводу перегоревшего датчика или дрейфа контура, не спрашивает, у какого источника питания показатель пульсаций самый низкий. Он спрашивает, не в его ли источнике питания заключается проблема и что ему купить вместо него. Компоненты, которые вы продаёте, затрагивают обе стороны этого вопроса.

Таким образом, логика продаж следует за технической логикой. Для нагрузок класса защиты (реле, лампы, шкафы с контакторами — основная часть рынка ремонта и технического обслуживания) пульсации не являются аргументом в пользу покупки. Конкурируйте по цене, наличию и долговечности, и перестаньте тратить хорошие технические характеристики на клиентов, которые никогда не заметят разницы. Для чувствительных нагрузок (контуры 4–20 мА, датчики, аналоговые платы, энкодеры) продавайте прозрачность технических характеристик вместо минимального значения в милливольтах. Указывайте максимальное значение (а не типовое), полосу пропускания, при которой оно было измерено, и условия нагрузки; объясняйте, что не учитывается в этом показателе (шум, переходные процессы). В этом и заключается разница между сделкой по продаже стандартного товара и консультативной сделкой, и именно эта часть разговора не может быть перебита ценой из каталога.

Та же логика применима и к послепродажному обслуживанию: когда клиент сообщает о неисправности, сначала проведите диагностику на месте, прежде чем предлагать замену. Датчик, выведенный из строя скачками напряжения и переходными процессами, выведет из строя и новый датчик. Честный ответ типа “Дело не в блоке питания, вот что нужно проверить” — именно это делает дистрибьютора тем, к кому стоит обращаться снова. И имейте в виду, что вся цепочка находится на одной полке: блок питания, датчик и реле, переключающее нагрузку, относятся к одному заказу, находятся в одном шкафу и зачастую требуют одинаковой диагностики.

Если вам нужно сравнить импульсные источники питания на DIN-рейке в диапазоне мощностей от 15 Вт до 480 Вт или вы хотите, чтобы специалист помог вам определиться с выбором, компания OMCH Ассортимент импульсных источников питания и помощь в выборе товара — это хорошая отправная точка.

Ссылки

1. Википедия. “Пульсации (электрические)”.” https://en.wikipedia.org/wiki/Ripple_(electrical)
2. Analog Devices. “AN-1144: Измерение пульсаций на выходе и переходных процессов в импульсных стабилизаторах”.” https://www.analog.com/en/resources/app-notes/an-1144.html
3. Tom’s Hardware. “Пульсации напряжения — как мы тестируем источники питания”.” https://www.tomshardware.com/reviews/how-we-test-psu,4042-5.html
4. Форум EEVblog. “Измерение пульсаций источника питания с помощью этого метода”.” https://www.eevblog.com/forum/beginners/measure-power-supply-ripple-with-this-technique/
5. Electronics StackExchange. “В импульсном источнике питания наблюдаются высокие пульсации напряжения, независимо от количества добавленных конденсаторов. ” https://electronics.stackexchange.com/questions/707711/
6. Electronics StackExchange. “Вопросы, связанные с пульсациями выходного напряжения”.” https://electronics.stackexchange.com/questions/501187/
7. Reddit r/PLC. “Помощь с датчиком давления 4–20 мА”.” https://www.reddit.com/r/PLC/comments/1kragst/420_ma_pressure_transmitter_help/
8. Reddit r/AskElectronics. “Какой уровень шума/пульсаций считается допустимым для недорогих импульсных источников питания?” https://www.reddit.com/r/AskElectronics/comments/1gm8h7m/
9. WSJT-X Groups.io. “Допустимый уровень пульсаций в источнике питания усилителя мощности?” https://wsjtx.groups.io/g/main/topic/acceptable_pa_power_supply/71775932
10. OMCH. “Импульсный источник питания”.” https://www.omch.com/switch-mode-power-supply/
11. OMCH. “Выбор продукции”.” https://www.omch.com/product-selection/
12. OMCH. Главная. https://www.omch.com/