安泰测试给西安交通大学提供方案—（一）开关电源测试解决方案

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基于 RIGOL 示波器的开关电源完整性测试

测试背景

开关电源，是一种通过控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电 压的一种电源，一般由脉冲宽度调制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。

在日常生活中常见的手机/笔记本充电器、台式机电源，以及各类工业、通信以及医疗设备中的电源部分，大多可以看到开关电源技术的踪影。

 

开关电源技术的日益成熟，使得电源设备或模块的体积和重量都日益减小， 转换效率也越来越高。负载设备因应用场合的不同，对电源可承受工作电流、输 入电网环境、输出稳定性等指标的要求也不尽相同。综合评估动态的电源工作状 态，示波器绝对是开关电源完整性测试的首选必备仪器。

 开关电源测试常规推荐配置

RIGOL 示波器探头产品选型表（部分）

 

 

 

 

主要测试项目： n 

50. 电源质量 n
50. 电流谐波 n
50. 突入电流 n
50. 开关损耗 n
50. 安全工作区 n
50. 调制分析 n
50. 纹波和噪声

测试前需要思考和准备的工作： n

50. 浮地测试的正确方法？ n
50. 无源探头的补偿 n
50. 电流探头的消磁与偏置校准 n
50. 电压/电流通道的延时校准

浮地测试

电源测试中大量电压测试为浮地测试，即不以地作参考的差分电压测试。 正确安全的浮地测试必须使用差分探头，剪断示波器地线或使用隔离变压器供电的方法 是错误和危险的！ 因为示波器接地点上的电位，会与示波器探头地线连接电路的电压一致，浮地电压甚至 可达上百伏！这会导致金属机箱、示波器 BNC 负极等人手容易触碰的地方带电，非常危险！

 

A-B 测量法

使用两只普通的无源电压探头，在示波器的两个通道上进行测量，然后使用 Math 运算 功能做 CH1-CH2，也可以进行浮地测量。但缺点是需占用 2 个通道，且最大的限制主要来 自于共模电压测量范围极小，时常遇到两通道电压都很高但差值很小的情况，测量误差极大。

 

示波器电源未接地线可能存在的危害： n

50. 操作人员可能触电，非常的危险； n
50. 分布电容，会对待测点带来较大的容性负载，可能损坏待测电路； n
50. 分布电感，可能带来并不存在的振铃现象； n
50. 未接地的示波器，其 EMC 性能在一定程度上会降低，导致示波器寿命降低，同时 也会受到空间电磁波干扰或者干扰被测电路，导致波形失真。

 

无源探头补偿

大多数探头被设计为匹配特定的示波器的输入电路，然而不同的示波器之间有细微的变 化，甚至在同一示波器的不同输入通道之间也会有。

一个未经补偿的探头可能会导致各种各样的测量错误，特别是测量脉冲上升或下降时间。

高压差分探头还会有直流偏置，也需要在测试前校准！

因此，在首次使用无源探头、高压差分探头以及电流探头时，需要预先做好补偿&校准工作。

 

电流探头消磁和偏置校准

电流探头在仪器上电、掉电或输入电流过大时，需进行消磁操作！在电流探头测量电流 前，LOCK 状态下有直流偏置时，也必须进行校准！电流探头切换垂直档位到更小档位时， 也需要重新调零！

 

 

电流谐波分析：

测量开关电源是否符合 IEC61000-3-2 电流谐波标准。 按对谐波电流之限制，设备可被分为以下 4 类：

A 类：平衡的三相设备、家用电器（不包括列入 D 类的设备）、工具（不包括便携式工 具）、白炽灯调光器、音频设备，以及未规定为 B/C/D 类的设备

  B 类：便携式电动工具、不属于专用设备的弧焊设备

C 类：照明设备

D 类：功率不大于 600W 的下列设备：个人计算机以及显示器、电视接收机

 

浪涌电流分析：

确认流过各元器件的电流是否超过了允许值。

开关电源第一次打开时，输入端的滤波电容相当于瞬间短路，会产生一个上升时间较快，幅度较大（正/负）的瞬态开机电流。

执行浪涌电流测量，可以确认 AC 开关、整流桥、保险丝、EMI 滤波器是否超过允许 电流限制。反复开关环路，AC 输入电压不应损坏电源，或导致保险丝烧断。 

一般会将示波器设置为峰值检测模式，使用单次触发捕获波形。

 

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