示波器理想電壓探頭模式測量開關(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。

　　開關(guān)電源適用面很廣，現(xiàn)在有關(guān)開關(guān)電源的輸出電壓特性，有的產(chǎn)品說明書標(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，說明目前還沒有比較有說服力的實(shí)驗(yàn)方法可以把各種開關(guān)電源類型的電壓特性，都能進(jìn)行確定的測量方式。

　　一，正確認(rèn)識(shí)開關(guān)電源輸出的電壓波形

　　開關(guān)電源實(shí)際是一種高頻開關(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)，常見的變換分類有：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)以及無功電流信號(hào)等不同頻率混雜電壓波，一但測量方法選擇不當(dāng)，就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的測試結(jié)果。

　　我們可以通過一款實(shí)用開關(guān)電源電路來分析它的電壓頻率變換工作原理。參見圖1-1。

　　圖1-1

　　這是一款A(yù)C-DC的開關(guān)電源電路，現(xiàn)在絕大多數(shù)的開關(guān)電源工作原理基本類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、通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開關(guān)管,，開關(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。

　　從以上開關(guān)電源的電路工作原理分析，工頻電壓經(jīng)過整流慮波成為直流電壓，通過觸發(fā)電路控制開關(guān)管陰，陽極進(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，開關(guān)管的開關(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)性不理想或無法正確觀測波形的現(xiàn)象、其原因就是被測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，無功電流波等強(qiáng)弱、頻率變化電壓的影響，傳統(tǒng)示波器測量方式很難適應(yīng)這種電壓質(zhì)量變化造成的。

　　二，常規(guī)示波器靠接測量開關(guān)電源電壓特性的方式及缺陷

　　長期以來對(duì)開關(guān)電源電壓特性的測量有兩主種主要的方式，1，無源電壓探頭靠接電源輸出端測量，2，電流探頭回路電流波磁場感應(yīng)電壓測量。其中應(yīng)用最多的是靠接測量方式。

　　見示意圖2—1，用20M以上數(shù)字示波器，10：1無源探頭，將探針直接接觸開關(guān)電源正輸出端子，地線環(huán)直接接觸負(fù)輸出端，這種測試方法從示波器顯示屏看不出開關(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)，見附圖2-2。圖2-3，因此對(duì)同一型號(hào)的開關(guān)電源產(chǎn)品測試時(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)，來判斷開關(guān)電源的開關(guān)頻率(電壓頻率)。也可能把示波器測量時(shí)的電壓幅值的水平線顯示，當(dāng)作直流電壓輸出。所以這種測量方法的誤差很大，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的測量結(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)載的電壓特性的測量效果，探索新型電壓采樣方式非常必要，以下簡要介紹一種實(shí)用效果非常理想的測量方式。

　　三，示波器理想電壓探頭模式測量負(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)說明：參見附圖3-1，本項(xiàng)測量技術(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

　　參見附圖3-2，由數(shù)字示波器，1×1無源探頭，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開關(guān)電源電壓特性實(shí)際應(yīng)用效果，

　　以下是通過圖3-3的測量方式檢測一款標(biāo)定開關(guān)頻率是100KHZ的開關(guān)電源模塊的輸入、輸出電壓特性圖片。參見圖4-1,示波器GH1，20mv檔測開關(guān)電源的輸入電流頻率，示波器CH2，200mv檔測開關(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

　　以下是通過圖3-3的測量方式檢測另一款標(biāo)定開關(guān)頻率40-60KHZ的開關(guān)電源模塊的頻率，參見附圖4-2，示波器CH1測量開關(guān)電源的輸入端的輸入電流頻率波形、占空比， CH2測開關(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，因此該款的開關(guān)頻率(電壓頻率)是1KHZ.。

　　圖4-2

　　圖片4-3是所測的一款標(biāo)定開關(guān)頻率40KHZ開關(guān)電源空載波形顯示，經(jīng)過脈沖波之間的時(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量開關(guān)電源電壓特性的研究和測量效果分析，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)，其測量方式安全性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以對(duì)任何負(fù)載，線路的電壓波形進(jìn)行測量，同時(shí)能夠滿足中遠(yuǎn)距離采樣測量，是電力負(fù)荷電壓特性測試準(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。