開關(guān)電源的最大效率驗(yàn)證和檢定

　　在圖3中，通道1（$軌跡）是互感器電壓，通道2（藍(lán)色軌跡）是初級電流，通道3（金色軌跡）是次級電流。軟件根據(jù)來自通道2和通道3的數(shù)據(jù)來確定勵(lì)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(shù)、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(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）開關(guān)設(shè)備漏極到源極節(jié)點(diǎn)的電壓和電流或IGBT（絕緣柵雙極晶體管）集電極到發(fā)射極節(jié)點(diǎn)的電壓和電流。這就需要高壓差分探針和電流探針。每個(gè)探針都有各自的特性傳播時(shí)延。兩個(gè)時(shí)延之間的差或偏移會(huì)造成功率測量不準(zhǔn)、定時(shí)測量失真。

　　了解探針傳播時(shí)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(chǎn)物。如果兩個(gè)相乘變量不是完全時(shí)序一致，結(jié)果則是錯(cuò)誤的。探針沒有正確地進(jìn)行偏斜校正時(shí)，測量結(jié)果（如開關(guān)損耗）的準(zhǔn)確性會(huì)變差。例如，圖4顯示的是在沒有先對兩根探針進(jìn)行偏斜校正的情況下工程師測出的結(jié)果（5.141W）。圖5中所示結(jié)果則證明了探針偏斜校正的重要性。本例表明偏移會(huì)造成5.3%的測量誤差。進(jìn)行準(zhǔn)確的偏斜校正會(huì)減小峰-峰功率損耗的測量誤差。

　　有些功率測量軟件可自動(dòng)對選中的探針組合進(jìn)行偏斜校正。它通過有源信號調(diào)整電壓通道和電流通道之間的時(shí)延，從而消除在探針之間產(chǎn)生的傳播時(shí)延。靜態(tài)偏斜校正（如可用）功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是特定電壓探針和電流探針具有恒定而重復(fù)的傳播時(shí)延。靜態(tài)偏斜校正功能根據(jù)選定探針的傳播時(shí)間嵌入表自動(dòng)調(diào)整選定電壓通道和電流通道之間的時(shí)延。

　　此外，差分探針和電流探針可存在小幅偏差。由于偏差會(huì)影響精確度，開始測量之前應(yīng)該先消除偏差。一些探針本身植入了自動(dòng)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(chǎn)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(zhì)量和線路諧波等）對檢定開關(guān)電源的相互作用及其使用環(huán)境有重要的意義。實(shí)際上，電力線路總是存在失真和雜質(zhì)，所以從未供應(yīng)過理想的正弦波。而且，開關(guān)電源對源呈現(xiàn)出非線性負(fù)載的特性，因此，電壓波形和電流波形是不理想的。開關(guān)電源會(huì)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(shè)計(jì)中的重要組成部分。

圖5 在對圖4中的信號進(jìn)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(fù)載電流的諧波分析結(jié)果。

　　軟件自動(dòng)計(jì)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(zhì)量。工程師傳統(tǒng)上采用功率表和諧波分析器來測量電能質(zhì)量，而帶功率測量軟件的數(shù)字示波器成為一項(xiàng)更好的選擇。

　　示波器有許多優(yōu)點(diǎn)。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(jù)適用的本地標(biāo)準(zhǔn)，電力線路頻率通常是50Hz或60Hz。有時(shí)應(yīng)用于軍事和航空電子領(lǐng)域時(shí)，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(xiàn)代示波器能捕捉大分辨率的快速變化事件。相比之下，常規(guī)功率表因反應(yīng)較慢，會(huì)忽略信號的細(xì)節(jié)。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(shí)。

　　電流諧波

　　開關(guān)電源容易產(chǎn)生以異次序?yàn)橹鞯闹C波，異次序諧波能返回電網(wǎng)，隨著越來越多的開關(guān)電源接到電網(wǎng)中，這種效應(yīng)開始累積。舉例來說，當(dāng)辦公室新添更多的臺(tái)式電腦時(shí)，傳回電網(wǎng)的諧波失真總比例會(huì)增大。失真造成熱量在電網(wǎng)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(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了特殊非線性負(fù)載的電能質(zhì)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(fù)載電流的諧波分析結(jié)果。在這種情況下，軟件自動(dòng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)1399等標(biāo)準(zhǔn)。部分軟件會(huì)自動(dòng)將測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以便快速檢查設(shè)備是否合格。

　　幾乎每種電子產(chǎn)品的組成中都有電源，開關(guān)電源因高達(dá)90%的節(jié)能效率，已經(jīng)成為市場的主流。為了驗(yàn)證和檢定開關(guān)電源的設(shè)計(jì)以確保其能在實(shí)際環(huán)境中發(fā)揮良好的功能，常需測量開關(guān)功率損耗、磁功率損耗以及電能質(zhì)量和電力諧波。雖然電源測量是復(fù)雜的，具有適當(dāng)?shù)奶綔y工具和自動(dòng)化測量軟件的示波器可使測量變得簡單。