1、開關電源的測量中安全性解決方案電源幾乎對于每種外接電源的產品都必不行少，系統(smps)已成為數字計算、網絡、通信系統中的主流結構。開關電源的性能(或者故障)就可能對一個昂貴的大型系統產生重要影響。要確保即將實現的smps設計牢靠性、穩定性、兼容性、平安性，測量是唯一的方法。smps測量分為三個主要部分：有源器件測量、無源器件測量(主要是磁性元件)以及電源質量測試。有些測量可能要面向浮動和強;有些測量需要大量數學分析，才干得到故意義的結果。電源測量可能很復雜,特殊是開關電源系統測量中平安技術為引人注目什么吶?應先從當今開關電源(smps)技術進展趨勢與開關電源沒計中的挑戰說起。開關電源技術進展

2、趨勢的特點是：效率越來越高;功率密度越來越高;瞬時負荷;低電躍,高電流;寬帶供電技術及符合en6100003-4 a14標準。開關電源沒計中面向提升開關電源效率，降低開關損耗;最大限度地降低磁性器件的功率損耗;需要更快的控制環路響應。必需提高開關電源系統牢靠性，要有海量數據分析并符合寬帶技術標準;需要簡便易用、牢靠的工具，以及定位問題。開關電源系統大多數現代系統中主流的直流電源體系結構是開關電源系統，由于它能夠有效地應對變幻負載。典型smps的電能“信號通路”包括無源器件、有源器件和磁性元件。smps盡可能少地用法損耗性元器件(如和線性晶體管)，而主要用法(抱負狀況下)無損耗的元器件：開關晶體

3、管、和磁性元件。smps設備有一個控制部分，其中包括脈寬調整器、脈頻調整器以及反饋環路等。控制部分可能有自己的電源。圖1是簡化的smps暗示圖，圖中顯示了電能轉換部分，包括有源器件、無源器件以及磁性元件。圖1 開關電源簡化暗示圖smps技術用法了金屬氧化物場效應晶體管()與絕緣柵雙極晶體管()等功率開關器件。這些器件開關時光短，能承受不穩定的電壓尖峰。同樣重要的是，它們不論在開通還是斷開狀態，消耗的能量都極少，效率高而發熱低。開關器件在很大程度上打算了smps的總體性能。對開關器件的主要測量包括：開關損耗、平均功率損耗、平安工作區等。開關電源系統的平安測量工業電源的平安測量應包括：測量高電壓和

4、高電流，測量三相電，處理浮動設備或具有不同接地的沒備，檢定數字控制電路，檢定功率電子器件的瞬時功率分析、波形分析、相位角及開關損耗等均應符合行業標準和法定標準。為什么不能用法傳統測量以溝通供電的傳統示波器是以“地為參考點的測量”，其含義是：溝通供電的示波器必需與地線相接，探頭的地線與示波器全部通道的參考點相連，從而接到地電位。而傳統溝通供電示波器“差分浮地測量”危急!我們測量的vc-d=(va-b+v地環路電壓)-v地環路電壓(共模)。通過用切斷標準三頭ac插座地線的辦法或用法一個溝通隔離，切斷中線與地線的銜接。將示波器從庇護地線浮動起來，以減小地環路的影響。這種辦法其實并可行，由于在建造物的

5、布線中其中線大概在某處已經與地線相連。是擔心全的測量辦法，會帶來人身損害和儀器和電路損壞!不能用法傳統示波器測量技術的緣由如下：分布電容和降對待測點帶來超過100pf的感性負載，可能造成電路損壞!故不行用剪斷示波器接地線的辦法迸行差分測量!也不行用法隔離變壓器舉行差分測量!分布電容和電感還可能帶來原本沒有的振鈴! 見圖2(a)所示。圖2a 寄生電感和電容引起振蕩會使信號失真，導致測量無效。示波器在沒有接地的狀況下,其電磁兼容特性降達不到設計要求，可能干擾待測電路或受到空間電磁波的干擾，影響測量結果!大多數示波器的”信號公共線”終端與庇護性接地系統相銜接，通常稱之為“接地”。這樣做的結果是：全部

6、施加到示波器上，以及由示波器提供的信號都具有一個公共的銜接點。該公用銜接點通常是示波器機殼，通過使溝通電源設備電源線中的第三根導線接地線，并將探頭地線連到一個測試點上。這是一種擔心全的測量行為。此行為會將儀器底盤(不再接地)的電壓提高為與探頭地線相連的測試點電壓相同。觸摸儀器的用戶就會成為接地的最短路徑。圖2(b)解釋了這種危急的狀況。圖2b 示波器底盤上浮現危急電壓的浮動測量圖2b中的v1是高于真切接地電壓的“偏置”電壓，而vmeas是待測電壓。按照被測單元(dut)的不同，v1可能為數百伏，而vmeas則可能為幾分之一伏。以此方式浮動機殼接地端會對用戶、dut和儀器構成威逼。此外,它違背了

7、工業健康和平安規定，且獲得的測量結果也差。而且溝通供電儀器在地面浮動時會浮現一個大的寄生電容。因此，浮動測量將受到振蕩性的破壞，即圖2(a)所示的振鈴浮現。浮動測量新辦法的引入所謂“浮動”測量，即測量的兩個點都不處于接地電位，該測量也常稱為差分測量。“信號公共線”與地之間的電壓可能會上升到數百伏。“浮動”參考接地的示波器是通過使接地系統無效或用法隔離變壓器，將“信號公共線”從地面斷開。為此需要通過具有內置隔離通道技術的tps2000系列示波器,使得工程師和技術人員可以迅速、精確、經濟地舉行多通道隔離測量。由于浮動測量技術使機殼、機柜和等儀器可接觸部件具有探頭地線銜接點的電勢，而該技術是危急的，

8、不僅是由于它上升了示波器上存在的電壓(操作人員可能會遭到電擊)，還由于它向示波器的電源變壓器絕緣體上累積了應力，雖然該應力不會立刻引發故障，但是可能在未來引發危急的故障(電擊和火災)，即使將示波器復原至正常地接地操作也無法挽回。這就有可能造成不僅浮動參照接地的示波器很危急，而且會使測量辦法不精確，即該電勢的誤差是因為在地線銜接點處挺直將示波器機殼的總電容與被測電路相連所致。于是又需采納平安放在第一位的隔離通道(lsoiated channei)技術作為解決計劃。隔離通道技術在當今用法的寬帶示波器系統中，最常用的隔離辦法是雙路辦法，將輸入信號分為兩個信號：低頻和高頻。該辦法需要每個輸入通道都具有

9、昂貴的光耦合器和寬帶線性變壓器。用法創新的隔音技術，取消了雙路辦法，而對每個從直流到示波器帶寬的輸入通道僅用法一個寬帶信號通路。通過該技術，可以提供第一批具有四個輸入 (1solated channel)、低成本并用法電池供電的示波器，該電池可供示波器延續工作八個小時。對于需要舉行四通道隔離測量，并希翼獲得由低成本并用法電池供電的示波器提供的性能和易用性的工程師和技術人員來講,挑選內置有隔離通道技術的tps2000系列示波器是抱負工具。圖3解釋了隔離通道的概念。圖3 將平安放在第一位的isolatedchannel技術，可以迅速、精確、經濟地舉行多通道隔離測量四隔離通道輸入體系結構向”正”輸入

10、和”負基準”導線(包括外部觸發輸入)提供了真切且完整的通道間隔離。電源控制電路(例如電機控制器、不間斷電源和工業設備)中的浮動測量要求最為嚴格。在這些應用領域中，電壓和電流可能大到足夠對用戶和測試設備造成威逼。要保證測量質量，隔離通道技術是首選解決計劃，并且該技術始終將平安放在第一位。假如存在較大的共模信號，能有效的通道與通道隔離將寄生效應的影響降到最低，測量系統的容量越小，那么它與環境的交互影響也就越小。徹低隔離的電池供電儀器本身并不涉及接地問題。每個探頭都具有一條與儀器底盤隔離的”負基準”導線，而不是用法一條固定的地線。而且，全部輸入通道的“負基準”導線都彼此隔離。這是避開短路危急的最佳辦

11、法。它還在最大程度上降低了信號弱化阻抗，而該阻抗會影響單點接地儀器中的測量質量。無論用法電池電源還是通過溝通電源適配器銜接到溝通電源，tps2000系列示波器的輸入始終是浮動的。因此，這些示波器與傳統示波器所體現的限制并不相同。傳統示波器側重于性能(帶寬，多功能性)，犧牲了舉行浮動測量的能力。電源質量測量按照smps組成,它的測量可分有源器件(開關元件)測量、元源器件(磁性元件) 測量、輸入溝通供電測量及電源質量測量,值此僅對電源質量測量作介紹。電源質量不僅僅取決于發電機。它還取決于電源的設計和創造以及終于用戶負載。電源的電源質量特征定義了電源的“健康”情況。現實的電線從來不會提供抱負的正弦波

12、，線路上總是有一些失真和雜波。開關電源給供電電源施加了一個非線性負載。因此，電壓和電流波形不是徹低相同的。電流在輸入周期的某一部分被汲取，使輸入電流波形上產生諧波。確定這些失真的影響是電源工程的一個重要部分。為了確定電源線上的功率消耗和失真，應當在輸入階段舉行電源質量測量，4為所示的電壓和電流測試點。圖4 開關電源電源質量測試點暗示圖，電源質量測試必需用法同一時刻的輸入vac和iac讀數電源質量測量包括：有功功率;視在功率或無功功率;功率因數;波峰因數;按照en61000-3-2標準舉行的電流諧波測量;總諧波失真(thd)。應用具有運行軟件包(如twr3)的數字示波器并行電源質量測量。運行軟件

13、包(如tdspwr3)的數字示波器，如tds5000b系列是替代傳統的功率表和睦波分析儀舉行電源質量測量的有力工具。用法數字示波器比傳統工具有顯然的優勢。儀器必需能捕捉到基波的高達50次諧波重量。按照各地用法的標準，電源工頻頻率通常是50hz或60hz。在當今的高速示波器中，過采樣確保能夠具體地(高辨別率)捕捉迅速變幻的大事。相反，因為響應時光相對較長，傳統功率表可能忽視信號詳情。即時在十分高的采樣辨別率下，示波器的記錄長度也足以采集整數個周期。軟件工具能加快測量過程，并將設置時光降至最低。大多數電源質量測量都能由示波器上運行的功能完備的電源測量軟件自動舉行，數秒中內就能完成漫長的過程。示波器

14、削減了手工計算，成為十分通用高效的功率表。數字示波器探頭也有助于舉行平安、牢靠的電源測量。用于電源應用的高壓差分探頭是觀看浮動電壓信號的首選工具。電流探測需要特別的考慮。有幾種電流探頭結構的實現：溝通電流探頭基于電流互感器(ct)技術,ct探頭是非插入的，不能感應信號中的直流重量，這可能會造成測量不精確;分流器,該設計要求切斷電路，會在探頭內部形成電壓降，可能影響電源測量的精確性;溝通/直流電流探頭普通基于技術,該設備以非插入方式感應溝通/直流電流，能夠用一個銜接同時讀取溝通和直流重量。當給一臺數字示波器(如tds5054b)配備了tdspwr3軟件時.它就變成了一個真正的自動電源測量平臺。該軟件自動設置示波器及其初始測量參數。假如需要，可以手工對這些設置舉行細調。圖5顯示了用tdssooob系列示波器和tdspwr3測量分析軟件得到的電源質量和電流諧波讀數。顯示了一系列豐盛的測量，包括有功功率、視在功率、波峰因數、總諧波失真、功率因