開關電源的最大效率驗證和檢定
在圖3中,通道1($軌跡)是互感器電壓,通道2(藍色軌跡)是初級電流,通道3(金色軌跡)是次級電流。軟件根據來自通道2和通道3的數據來確定勵磁電流。某些功率測量軟件還能精確地繪制磁性元件的磁滯曲線圖,并檢定其特性。在軟件繪制磁滯曲線圖前,必須先輸入磁芯的圈數、磁長度和橫截面積。
探測考慮因素
采用示波器測量功率的話,必須測量MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)開關設備漏極到源極節點的電壓和電流或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)集電極到發射極節點的電壓和電流。這就需要高壓差分探針和電流探針。每個探針都有各自的特性傳播時延。兩個時延之間的差或偏移會造成功率測量不準、定時測量失真。
了解探針傳播時延對最大峰值功率和面積測量的影響具有重要的意義。畢竟,功率是電壓和電流作用的產物。如果兩個相乘變量不是完全時序一致,結果則是錯誤的。探針沒有正確地進行偏斜校正時,測量結果(如開關損耗)的準確性會變差。例如,圖4顯示的是在沒有先對兩根探針進行偏斜校正的情況下工程師測出的結果(5.141W)。圖5中所示結果則證明了探針偏斜校正的重要性。本例表明偏移會造成5.3%的測量誤差。進行準確的偏斜校正會減小峰-峰功率損耗的測量誤差。
有些功率測量軟件可自動對選中的探針組合進行偏斜校正。它通過有源信號調整電壓通道和電流通道之間的時延,從而消除在探針之間產生的傳播時延。靜態偏斜校正(如可用)功能實現的基礎是特定電壓探針和電流探針具有恒定而重復的傳播時延。靜態偏斜校正功能根據選定探針的傳播時間嵌入表自動調整選定電壓通道和電流通道之間的時延。
此外,差分探針和電流探針可存在小幅偏差。由于偏差會影響精確度,開始測量之前應該先消除偏差。一些探針本身植入了自動消除偏差的方法。這種探針與示波器一起使用,可消除信號通道中的任何直流偏移誤差。電流探針互感器的磁芯中可產生大量輸入電流,通過消磁可除去殘余的全部直流磁通。
電力線路
對AC/DC電源而言,電力線路測量(如電能質量和線路諧波等)對檢定開關電源的相互作用及其使用環境有重要的意義。實際上,電力線路總是存在失真和雜質,所以從未供應過理想的正弦波。而且,開關電源對源呈現出非線性負載的特性,因此,電壓波形和電流波形是不理想的。開關電源會吸引輸入周期某部分的電流,使輸入電流波形生成諧波。確定這些失真因素的影響是電力工程設計中的重要組成部分。

圖5 在對圖4中的信號進行偏斜校正后,峰值振幅增大到5.415W或5.3%以上

圖6 顯示的是電源負載電流的諧波分析結果。
軟件自動計算電流諧波,確定與基本值和均方根值相對的總諧波失真度(THD)
為了確定電力線路的功率消耗和功率失真,要測量輸入階段的電能質量。工程師傳統上采用功率表和諧波分析器來測量電能質量,而帶功率測量軟件的數字示波器成為一項更好的選擇。
示波器有許多優點。測試儀器必須最高能捕捉到諧波元件基波的第50次諧波。根據適用的本地標準,電力線路頻率通常是50Hz或60Hz。有時應用于軍事和航空電子領域時,線路頻率可為400 Hz。信號畸變可包含更好的頻率,具有高取樣速率的現代示波器能捕捉大分辨率的快速變化事件。相比之下,常規功率表因反應較慢,會忽略信號的細節。示波器的記錄長度基本上足以采集完整的周期,即便是在高取樣分辨率時。
電流諧波
開關電源容易產生以異次序為主的諧波,異次序諧波能返回電網,隨著越來越多的開關電源接到電網中,這種效應開始累積。舉例來說,當辦公室新添更多的臺式電腦時,傳回電網的諧波失真總比例會增大。失真造成熱量在電網的電纜和變壓器中聚積,所以最大程度的減少諧波就變得尤為重要。EN/IEC61000-3-2等規范性標準規定了特殊非線性負載的電能質量。
采用帶功率測量軟件的示波器,諧波分析就跟普通的波形測量一樣簡單。 圖6顯示的是電源負載電流的諧波分析結果。在這種情況下,軟件自動計算電流諧波并確定重要的值,如與基本值和均方根(RMS)值相對的總諧波失真度(THD)。上述測量有助于分析其是否符合EN/IEC61000-3-2和軍事標準1399等標準。部分軟件會自動將測量結果與標準進行比較,以便快速檢查設備是否合格。
幾乎每種電子產品的組成中都有電源,開關電源因高達90%的節能效率,已經成為市場的主流。為了驗證和檢定開關電源的設計以確保其能在實際環境中發揮良好的功能,常需測量開關功率損耗、磁功率損耗以及電能質量和電力諧波。雖然電源測量是復雜的,具有適當的探測工具和自動化測量軟件的示波器可使測量變得簡單。












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