示波器理想電壓探頭模式測(cè)量開(kāi)關(guān)電源輸出
電源的額定輸出功率,電壓,電壓頻率是關(guān)系用電負(fù)載能否正常工作的三個(gè)最重要的電源技術(shù)指標(biāo)。開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展應(yīng)用最普遍一種電源方式。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201612/327428.htm開(kāi)關(guān)電源適用面很廣,現(xiàn)在有關(guān)開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓特性,有的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)標(biāo)明是直流電壓,有的實(shí)驗(yàn)證明是工頻脈沖電壓。有產(chǎn)品標(biāo)明是20—500KHZ以上的高頻電壓。到底開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓頻率是多少?電壓占空比是多少?從可查閱的開(kāi)關(guān)電源輸出電壓波形科技圖片資料、生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都不夠明確,說(shuō)明目前還沒(méi)有比較有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)方法可以把各種開(kāi)關(guān)電源類(lèi)型的電壓特性,都能進(jìn)行確定的測(cè)量方式。
一,正確認(rèn)識(shí)開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓波形
開(kāi)關(guān)電源實(shí)際是一種高頻開(kāi)關(guān)式的能量變換電子負(fù)載,它的一次回路串聯(lián)在供電電源上,二次回路常作為設(shè)備的電源供應(yīng),常見(jiàn)的變換分類(lèi)有:Ac-Dc,Dc-Dc,Dc-Ac等。
將工頻電壓或直流電壓斬波轉(zhuǎn)換成高頻電壓給負(fù)載供電是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用的核心,因此不可避免在電壓頻率的轉(zhuǎn)換過(guò)程中形成頻繁電壓,電流斷續(xù)干擾紋波信號(hào),反相電壓波信號(hào)以及無(wú)功電流信號(hào)等不同頻率混雜電壓波,一但測(cè)量方法選擇不當(dāng),就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果。
我們可以通過(guò)一款實(shí)用開(kāi)關(guān)電源電路來(lái)分析它的電壓頻率變換工作原理。參見(jiàn)圖1-1。
圖1-1
這是一款A(yù)C-DC的開(kāi)關(guān)電源電路,現(xiàn)在絕大多數(shù)的開(kāi)關(guān)電源工作原理基本類(lèi)似以上電路工作原理:由4部分電路完成能量變換。1、交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流,2、通過(guò)高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管,,開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)形成一定占空比例的高頻斷續(xù)脈沖方波3、開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出相應(yīng)高頻電壓方波,經(jīng)整流、濾波、限流供給負(fù)載,4、輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。
從以上開(kāi)關(guān)電源的電路工作原理分析,工頻電壓經(jīng)過(guò)整流慮波成為直流電壓,通過(guò)觸發(fā)電路控制開(kāi)關(guān)管陰,陽(yáng)極進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止.將直流電斬波轉(zhuǎn)化為高頻直流脈沖電壓提供給變壓器進(jìn)行變壓,從而在次級(jí)產(chǎn)生所需要的一組直流脈沖電壓,開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率就是變壓器次級(jí)電壓輸出電壓頻率,
雖然如今示波器的采樣速率和探頭的模擬帶寬在不斷發(fā)展,但在測(cè)量快速變化斷續(xù)脈沖式電壓時(shí)示波器基本都會(huì)出現(xiàn)波形再現(xiàn)性不理想或無(wú)法正確觀測(cè)波形的現(xiàn)象、其原因就是被測(cè)電子電路電壓低且電壓波斷續(xù)速度很快,占空比例不同,加上電網(wǎng)的諧波,無(wú)功電流波等強(qiáng)弱、頻率變化電壓的影響,傳統(tǒng)示波器測(cè)量方式很難適應(yīng)這種電壓質(zhì)量變化造成的。
二,常規(guī)示波器靠接測(cè)量開(kāi)關(guān)電源電壓特性的方式及缺陷
長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)電源電壓特性的測(cè)量有兩主種主要的方式,1,無(wú)源電壓探頭靠接電源輸出端測(cè)量,2,電流探頭回路電流波磁場(chǎng)感應(yīng)電壓測(cè)量。其中應(yīng)用最多的是靠接測(cè)量方式。
見(jiàn)示意圖2—1,用20M以上數(shù)字示波器,10:1無(wú)源探頭,將探針直接接觸開(kāi)關(guān)電源正輸出端子,地線環(huán)直接接觸負(fù)輸出端,這種測(cè)試方法從示波器顯示屏看不出開(kāi)關(guān)電源輸出比較穩(wěn)定的直流斬波的占空時(shí)間周期和頻寬波形,示波器普遍會(huì)顯示一條有電源紋波和噪聲信號(hào)的連續(xù)電壓信號(hào),見(jiàn)附圖2-2。圖2-3,因此對(duì)同一型號(hào)的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品測(cè)試時(shí)因?yàn)槭静ㄆ鞯膾呙钑r(shí)基檔位以及其他采樣方式設(shè)置不同,電壓頻率顯示值變化非常大,測(cè)試人員會(huì)根據(jù)顯示不規(guī)則變化的幾KHZ-幾百KHZ的微弱電壓紋波,噪聲波頻率電壓信號(hào),來(lái)判斷開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率(電壓頻率)。也可能把示波器測(cè)量時(shí)的電壓幅值的水平線顯示,當(dāng)作直流電壓輸出。所以這種測(cè)量方法的誤差很大,甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。
圖2—1
圖2—2
圖2—3
所以為改善示波器對(duì)低電壓,高頻率,非線性負(fù)載的電壓特性的測(cè)量效果,探索新型電壓采樣方式非常必要,以下簡(jiǎn)要介紹一種實(shí)用效果非常理想的測(cè)量方式。
三,示波器理想電壓探頭模式測(cè)量負(fù)載電壓特性方法
1、示波器理想電壓探頭模式的優(yōu)勢(shì),特點(diǎn)說(shuō)明:參見(jiàn)附圖3-1,本項(xiàng)測(cè)量技術(shù)性能可能與圖表最理想的性能參數(shù)有不太吻合的地方,測(cè)量模型方案是一致的,
圖3-1
2、示波器理想電壓探頭模型的組合
參見(jiàn)附圖3-2,由數(shù)字示波器,1×1無(wú)源探頭,若干只大功率毫歐級(jí)阻值電阻器組合。
圖3-2
四,示波器理想電壓探頭模型測(cè)開(kāi)關(guān)電源電壓特性實(shí)際應(yīng)用效果,
以下是通過(guò)圖3-3的測(cè)量方式檢測(cè)一款標(biāo)定開(kāi)關(guān)頻率是100KHZ的開(kāi)關(guān)電源模塊的輸入、輸出電壓特性圖片。參見(jiàn)圖4-1,示波器GH1,20mv檔測(cè)開(kāi)關(guān)電源的輸入電流頻率,示波器CH2,200mv檔測(cè)開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓頻率,示波器掃描時(shí)基為500us,每個(gè)脈沖電壓波之間時(shí)間是400us,所以正確的輸出電壓頻率是1÷0.0004=2.5KHZ,從示波器兩個(gè)顯示通道的顯示電壓曲線分析,開(kāi)關(guān)電源輸入端與輸出端的電信號(hào)波形,時(shí)間周期是完全一致的。
圖4-1
以下是通過(guò)圖3-3的測(cè)量方式檢測(cè)另一款標(biāo)定開(kāi)關(guān)頻率40-60KHZ的開(kāi)關(guān)電源模塊的頻率,參見(jiàn)附圖4-2,示波器CH1測(cè)量開(kāi)關(guān)電源的輸入端的輸入電流頻率波形、占空比, CH2測(cè)開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓頻率,占空比,輸入與輸端的波形也完全一致,每個(gè)電壓脈沖之間的時(shí)間是1ms,因此該款的開(kāi)關(guān)頻率(電壓頻率)是1KHZ.。
圖4-2
圖片4-3是所測(cè)的一款標(biāo)定開(kāi)關(guān)頻率40KHZ開(kāi)關(guān)電源空載波形顯示,經(jīng)過(guò)脈沖波之間的時(shí)間分析,它的工作頻率電壓是1.2KHZ。
圖4-3
五。示波器理想電壓探頭測(cè)量模式的特點(diǎn)
從以上展示的示波器理想電壓探頭模型測(cè)量開(kāi)關(guān)電源電壓特性的研究和測(cè)量效果分析,示波器理想電壓探頭模式對(duì)電路電壓波形測(cè)量方式聯(lián)接方法靈活多變、波形顯示清晰穩(wěn)定、有一致性、再現(xiàn)性好的特點(diǎn),其測(cè)量方式安全性好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,可以對(duì)任何負(fù)載,線路的電壓波形進(jìn)行測(cè)量,同時(shí)能夠滿(mǎn)足中遠(yuǎn)距離采樣測(cè)量,是電力負(fù)荷電壓特性測(cè)試準(zhǔn)確可靠的有效方法,這項(xiàng)電壓波采樣方式將大大提高示波器測(cè)量的準(zhǔn)確性,為電氣工作者的科學(xué)研究,產(chǎn)品生產(chǎn),質(zhì)量檢驗(yàn)提供可靠的信息資源。
評(píng)論