安泰測試給西安交通大學(xué)提供方案—（一）開關(guān)電源測試解決方案

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基于 RIGOL 示波器的開關(guān)電源完整性測試

測試背景

開關(guān)電源，是一種通過控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電 壓的一種電源，一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。

在日常生活中常見的手機(jī)/筆記本充電器、臺式機(jī)電源，以及各類工業(yè)、通信以及醫(yī)療設(shè)備中的電源部分，大多可以看到開關(guān)電源技術(shù)的蹤影。

開關(guān)電源技術(shù)的日益成熟，使得電源設(shè)備或模塊的體積和重量都日益減小， 轉(zhuǎn)換效率也越來越高。負(fù)載設(shè)備因應(yīng)用場合的不同，對電源可承受工作電流、輸 入電網(wǎng)環(huán)境、輸出穩(wěn)定性等指標(biāo)的要求也不盡相同。綜合評估動態(tài)的電源工作狀 態(tài)，示波器絕對是開關(guān)電源完整性測試的首選必備儀器。

開關(guān)電源測試常規(guī)推薦配置

RIGOL 示波器探頭產(chǎn)品選型表（部分）

  

主要測試項(xiàng)目：

l 電源質(zhì)量

l 電流諧波

l 突入電流

l 開關(guān)損耗

l 安全工作區(qū)

l 調(diào)制分析

l 紋波和噪聲

測試前需要思考和準(zhǔn)備的工作：

l 浮地測試的正確方法？

l 無源探頭的補(bǔ)償

l 電流探頭的消磁與偏置校準(zhǔn)

l 電壓/電流通道的延時(shí)校準(zhǔn)

浮地測試

電源測試中大量電壓測試為浮地測試，即不以地作參考的差分電壓測試。 正確安全的浮地測試必須使用差分探頭，剪斷示波器地線或使用隔離變壓器供電的方法 是錯(cuò)誤和危險(xiǎn)的！ 因?yàn)槭静ㄆ鹘拥攸c(diǎn)上的電位，會與示波器探頭地線連接電路的電壓一致，浮地電壓甚至 可達(dá)上百伏！這會導(dǎo)致金屬機(jī)箱、示波器 BNC 負(fù)極等人手容易觸碰的地方帶電，非常危險(xiǎn)！

A-B 測量法

使用兩只普通的無源電壓探頭，在示波器的兩個(gè)通道上進(jìn)行測量，然后使用 Math 運(yùn)算 功能做 CH1-CH2，也可以進(jìn)行浮地測量。但缺點(diǎn)是需占用 2 個(gè)通道，且最大的限制主要來 自于共模電壓測量范圍極小，時(shí)常遇到兩通道電壓都很高但差值很小的情況，測量誤差極大。

示波器電源未接地線可能存在的危害：

l 操作人員可能觸電，非常的危險(xiǎn)；

l 分布電容，會對待測點(diǎn)帶來較大的容性負(fù)載，可能損壞待測電路；

l 分布電感，可能帶來并不存在的振鈴現(xiàn)象；

l 未接地的示波器，其 EMC 性能在一定程度上會降低，導(dǎo)致示波器壽命降低，同時(shí) 也會受到空間電磁波干擾或者干擾被測電路，導(dǎo)致波形失真。

無源探頭補(bǔ)償

大多數(shù)探頭被設(shè)計(jì)為匹配特定的示波器的輸入電路，然而不同的示波器之間有細(xì)微的變 化，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也會有。

一個(gè)未經(jīng)補(bǔ)償?shù)奶筋^可能會導(dǎo)致各種各樣的測量錯(cuò)誤，特別是測量脈沖上升或下降時(shí)間。

高壓差分探頭還會有直流偏置，也需要在測試前校準(zhǔn)！

因此，在首次使用無源探頭、高壓差分探頭以及電流探頭時(shí)，需要預(yù)先做好補(bǔ)償&校準(zhǔn)工作。

電流探頭消磁和偏置校準(zhǔn)

電流探頭在儀器上電、掉電或輸入電流過大時(shí)，需進(jìn)行消磁操作！在電流探頭測量電流 前，LOCK 狀態(tài)下有直流偏置時(shí)，也必須進(jìn)行校準(zhǔn)！電流探頭切換垂直檔位到更小檔位時(shí)， 也需要重新調(diào)零！

電流諧波分析：

測量開關(guān)電源是否符合 IEC61000-3-2 電流諧波標(biāo)準(zhǔn)。 按對諧波電流之限制，設(shè)備可被分為以下 4 類：

A 類：平衡的三相設(shè)備、家用電器（不包括列入 D 類的設(shè)備）、工具（不包括便攜式工 具）、白熾燈調(diào)光器、音頻設(shè)備，以及未規(guī)定為 B/C/D 類的設(shè)備

  B 類：便攜式電動工具、不屬于專用設(shè)備的弧焊設(shè)備

C 類：照明設(shè)備

D 類：功率不大于 600W 的下列設(shè)備：個(gè)人計(jì)算機(jī)以及顯示器、電視接收機(jī)

浪涌電流分析：

確認(rèn)流過各元器件的電流是否超過了允許值。

開關(guān)電源第一次打開時(shí)，輸入端的濾波電容相當(dāng)于瞬間短路，會產(chǎn)生一個(gè)上升時(shí)間較快，幅度較大（正/負(fù)）的瞬態(tài)開機(jī)電流。

執(zhí)行浪涌電流測量，可以確認(rèn) AC 開關(guān)、整流橋、保險(xiǎn)絲、EMI 濾波器是否超過允許 電流限制。反復(fù)開關(guān)環(huán)路，AC 輸入電壓不應(yīng)損壞電源，或?qū)е卤ｋU(xiǎn)絲燒斷。

一般會將示波器設(shè)置為峰值檢測模式，使用單次觸發(fā)捕獲波形。

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