基于開關(guān)電源的測(cè)量中安全性設(shè)計(jì)(2)

　　隔離通道技術(shù)

　　在當(dāng)今使用的寬帶示波器系統(tǒng)中，最常用的隔離方法是雙路方法，將輸入信號(hào)分為兩個(gè)信號(hào)：低頻和高頻。該方法需要每個(gè)輸入通道都具有昂貴的光耦合器和寬帶線性變壓器。

　　使用創(chuàng)新的隔音技術(shù)，取消了雙路方法，而對(duì)每個(gè)從直流到示波器帶寬的輸入通道僅使用一個(gè)寬帶信號(hào)通路。通過該技術(shù)，可以提供第一批具有四個(gè)輸入 (1solated Channel)、低成本并使用電池供電的示波器，該電池可供示波器連續(xù)工作八個(gè)小時(shí)。對(duì)于需要進(jìn)行四通道隔離測(cè)量，并希望獲得由低成本并使用電池供電的示波器提供的性能和易用性的工程師和技術(shù)人員來講,選擇內(nèi)置有隔離通道技術(shù)的TPS2000系列示波器是理想工具。

　　圖3說明了隔離通道的概念。

　　圖3 將安全放在第一位的IsolatedChannel技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行多通道隔離測(cè)量

　　四隔離通道輸入體系結(jié)構(gòu)向”正”輸入和”負(fù)基準(zhǔn)”導(dǎo)線(包括外部觸發(fā)輸入)提供了真實(shí)且完整的通道間隔離。

　　電源控制電路(例如電機(jī)控制器、不間斷電源和工業(yè)設(shè)備)中的浮動(dòng)測(cè)量要求最為嚴(yán)格。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，電壓和電流可能大到足夠?qū)τ脩艉蜏y(cè)試設(shè)備造成威脅。

　　要保證測(cè)量質(zhì)量，隔離通道技術(shù)是首選解決方案，并且該技術(shù)始終將安全放在第一位。如果存在較大的共模信號(hào)，能有效的通道與通道隔離將寄生效應(yīng)的影響降到最低，測(cè)量系統(tǒng)的容量越小，那么它與環(huán)境的交互影響也就越小。完全隔離的電池供電儀器本身并不涉及接地問題。每個(gè)探頭都具有一條與儀器底盤隔離的”負(fù)基準(zhǔn)”導(dǎo)線，而不是使用一條固定的地線。

　　而且，所有輸入通道的“負(fù)基準(zhǔn)”導(dǎo)線都彼此隔離。這是避免短路危險(xiǎn)的最佳方法。它還在最大程度上降低了信號(hào)弱化阻抗，而該阻抗會(huì)影響單點(diǎn)接地儀器中的測(cè)量質(zhì)量。

　　無論使用電池電源還是通過交流電源適配器連接到交流電源，TPS2000系列示波器的輸入始終是浮動(dòng)的。因此，這些示波器與傳統(tǒng)示波器所體現(xiàn)的限制并不相同。傳統(tǒng)示波器側(cè)重于性能(帶寬，多功能性)，犧牲了進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量的能力。

　　電源質(zhì)量測(cè)量

　　根據(jù)SMPS組成,它的測(cè)量可分有源器件(開關(guān)元件)測(cè)量、元源器件(磁性元件) 測(cè)量、輸入交流供電測(cè)量及電源質(zhì)量測(cè)量,值此僅對(duì)電源質(zhì)量測(cè)量作介紹

　　電源質(zhì)量不僅僅取決于發(fā)電機(jī)。它還取決于電源的設(shè)計(jì)和制造以及最終用戶負(fù)載。電源的電源質(zhì)量特征定義了電源的“健康”狀況。

　　現(xiàn)實(shí)的電線從來不會(huì)提供理想的正弦波，線路上總是有一些失真和雜波。開關(guān)電源給供電電源施加了一個(gè)非線性負(fù)載。因此，電壓和電流波形不是完全相同的。電流在輸入周期的某一部分被吸收，使輸入電流波形上產(chǎn)生諧波。確定這些失真的影響是電源工程的一個(gè)重要部分。

　　為了確定電源線上的功率消耗和失真，應(yīng)該在輸入階段進(jìn)行電源質(zhì)量測(cè)量，如圖4為所示的電壓和電流測(cè)試點(diǎn)。

　　圖4 開關(guān)電源電源質(zhì)量測(cè)試點(diǎn)示意圖。電源質(zhì)量測(cè)試必須使用同一時(shí)刻的輸入VAC和IAC讀數(shù)

　　電源質(zhì)量測(cè)量包括：有功功率;視在功率或無功功率;功率因數(shù);波峰因數(shù);根據(jù)EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的電流諧波測(cè)量;總諧波失真(THD)。

　　應(yīng)用具有運(yùn)行軟件包(如TDSPWR3)的數(shù)字示波器并行電源質(zhì)量測(cè)量。

　　運(yùn)行軟件包(如TDSPWR3)的數(shù)字示波器，如TDS5000B系列是替代傳統(tǒng)的功率表和諧波分析儀進(jìn)行電源質(zhì)量測(cè)量的有力工具。

　　使用數(shù)字示波器比傳統(tǒng)工具有明顯的優(yōu)勢(shì)。儀器必須能捕獲到基波的高達(dá)50次諧波分量。根據(jù)各地使用的標(biāo)準(zhǔn)，電源工頻頻率通常是50Hz或60Hz。在當(dāng)今的高速示波器中，過采樣確保能夠詳細(xì)地(高分辨率)捕獲快速變化的事件。相反，由于響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，傳統(tǒng)功率表可能忽略信號(hào)細(xì)節(jié)。即時(shí)在非常高的采樣分辨率下，示波器的記錄長(zhǎng)度也足以采集整數(shù)個(gè)周期。

　　軟件工具能加快測(cè)量過程，并將設(shè)置時(shí)間降至最低。大多數(shù)電源質(zhì)量測(cè)量都能由示波器上運(yùn)行的功能完備的電源測(cè)量軟件自動(dòng)進(jìn)行，數(shù)秒中內(nèi)就能完成漫長(zhǎng)的過程。示波器減少了手工計(jì)算，成為非常通用高效的功率表。

　　數(shù)字示波器探頭也有助于進(jìn)行安全、可靠的電源測(cè)量。用于電源應(yīng)用的高壓差分探頭是觀察浮動(dòng)電壓信號(hào)的首選工具。

　　電流探測(cè)需要特殊的考慮。有幾種電流探頭結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)：交流電流探頭基于電流互感器(CT)技術(shù),CT探頭是非插入的，不能感應(yīng)信號(hào)中的直流分量，這可能會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)確;分流器,該設(shè)計(jì)要求切斷電路，會(huì)在探頭內(nèi)部形成電壓降，可能影響電源測(cè)量的準(zhǔn)確性;交流/直流電流探頭一般基于霍爾效應(yīng)傳感器技術(shù),該設(shè)備以非插入方式感應(yīng)交流/直流電流，能夠用一個(gè)連接同時(shí)讀取交流和直流分量。

　　當(dāng)給一臺(tái)數(shù)字示波器(如TDS5054B)配備了TDSPWR3軟件時(shí).它就變成了一個(gè)真正的自動(dòng)電源測(cè)量平臺(tái)。該軟件自動(dòng)設(shè)置示波器及其初始測(cè)量參數(shù)。如果需要，可以手工對(duì)這些設(shè)置進(jìn)行細(xì)調(diào)。

　　圖5顯示了用TDSSOOOB系列示波器和TDSPWR3測(cè)量分析軟件得到的電源質(zhì)量和電流諧波讀數(shù)。顯示器顯示了一系列豐富的測(cè)量，包括有功功率、視在功率、波峰因數(shù)、

　　總諧波失真、功率因數(shù)、以及電流諧波的條形圖顯示。

　　圖5 用具有運(yùn)行軟件包的示波器TDS5000B電源質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

　　結(jié)語(yǔ)

　　專業(yè)技術(shù)人員要面對(duì)SMPS高壓和電流測(cè)量，必須解決測(cè)量中的安全性問題,即運(yùn)行于具有潛在危險(xiǎn)的浮動(dòng)測(cè)量。對(duì)此,當(dāng)今有多種可選技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量,值此僅以內(nèi)置具有IsoatedChanneI技術(shù)的TPS 2000寬帶示波器為例作為解決方案, 即隔離和浮動(dòng)測(cè)量功能+實(shí)驗(yàn)室示波器的性能+現(xiàn)埸通用+功率專用測(cè)量和分析,等于高的生產(chǎn)效率，那就是浮動(dòng)測(cè)量新方法的應(yīng)用，其特點(diǎn)是具有多功能性、準(zhǔn)確性或經(jīng)濟(jì)性。