示波器在开关电源分析中的应用

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电源是所有电子产品不可或缺的组成部分,电源分为开关电源、线性电源等类型,其中开关电源已经成为数字计算、网络通信系统中电源的主流架构。开关电 源的好坏关系到产品的整体性能。因此,在研发和生产测试中对于电源的精确分析显得尤为重要。SIGLENT推出的SDS2000超级荧光示波器配备强大的 电源分析模块,支持绝大部分电源性能指标的精确测试测量。下面将通过分析电源板输入模块,给大家详细介绍SDS2000的电源分析功能。

以电源演示版STBX为例,其物理视图如下图所示:

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STBX电路原理图如下图所示:

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在进行操作之前,首先应检查示波器、电源演示板是否运行良好,在保证示波器、电源演示板及探头等所需物品均没问题之后开始进行电源分析。

首先,利用SDS2304、差分探头、电流探头测电源输入端波形得到结果如下图所示。其中通道2紫红色曲线代表电压波形,通道4绿色曲线代表电流波 形,通过SDS2000强大的参数测量功能我们可以轻松得到电流与电压的峰峰值、有效值、最大值、最小值等。图中测量项为电流与电压的峰峰值、频率。

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由于每个特定的电压和电流探头具有不同的传输时延,电压和电流探头之间的定时时延误差会对功率测量产生极大的影响。因此,为了执行精确的功率测量和 计算,我们在实际操作时必须使用“时延偏差校正”程序来平衡电压和电流探头之间的时延。这个步骤非常重要,通过在测量功率前执行探头时延偏差校正,可以确 保精确的测量。

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如上图所示,SDS2000配备强大的电源分析模块,在电源分析中可选择电源质量、电流谐波、突入电流、开关损耗、转换速度、调制、输出波纹、瞬变 响应等多种不同的分析方法。这使得工程师们在实际应用中拥有更灵活的选择、更大的操作空间。本文将重点介绍电源质量分析、电流谐波分析以及突入电流的分 析。

电源质量分析可测量电源质量的重要指标如功率、相位角等。部分交流电流可在不提供能量的情况下流入或流出负载,此类电流称为无功电流或谐波电流,能 够产生高于实际功耗的“视在”功率。电源质量通过以下几项测量值来进行衡量: 功率因数、有效功率、视在功率、无功功率、波峰因数、电流的相位角以及交流线路的电压,如下图所示。

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测量各项参数显示界面如下:

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如上图中可以看出,SDS2000利用MATH运算功能,再结合强大的测量统计功能,可以轻松得到我们所需要的众多信息,可将测量项的当前值、平均值、最小值、最大值、标准方差同时精确显示出来。为广大工程师们提供了更加高效便捷的体验。

接着我们要对电流谐波进行分析,选择电流谐波,将信号频率类型设置为50Hz,标准选择为Class A类。如下所示:

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在我们选择电流谐波标准时,首先要了解各标准之间的区别。

Class A 类:适用于平衡三相设备、家用电器(除D 类设备外)、工具(除便携式工具外)、白炽灯调光器及音频设备;
Class B 类:适用于便携式工具;
Class C 类:适用于照明设备,按“应用”软键(在"电源应用" 主菜单中)时,C 类需要进行功率因数计算,因此,当禁用" 电源应用" 时,仅可选择 C 类,这会强制您再次按“应用”才能执行分析;
Class D 类:适用于额定功率小于或等于 600 W 的设备,类型如下:个人计算机和个人计算机显示器、电视接收器。


设置完成后打开MATH中FFT运算功能,选择Hanning窗口类型,在显示中选择表格显示,按下“应用”按钮,分析完成后,可得到电流谐波分析的结果图如下图所示:

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可以看到当前表格显示了8次谐波,谐波频率为50Hz~400Hz,同时还能观察到电流有效值(RMS)、限值(RMS)、余量(Margin)以 及通过/失败状态。图中对应频率为100Hz、200Hz、300Hz的谐波其余量<80%,此时统计为Fail,而其余则为Pass(注:余量计 算方式为{(限值-实际值)/限值}*100%)。在实际应用中,更多次的可观察谐波将会带来更精确的电源参数分析。

SDS2000突入电流分析可测量电源突入电流,并记录电流波形,峰值电流可以是正值,也可以是负值,因此结果是测量得到的最大值或最小值中较大的那一个。
测量结果如下图所示:

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