如何用數字示波器測試開關電源？
2014-09-27
從傳統的模擬型電源到高效的開關電源，直流穩(wěn)壓電橋電源的種類和大小千差萬別。它們都要面對復雜、動態(tài)的工作環(huán)境。設備負載和需求可能在瞬間發(fā)生很大變化。即使是“日用的”開關電源，也要能夠承受遠遠超過其平均工作電平的瞬間峰值。設計電源或系統中要使用電源的工程師需要了解在靜態(tài)條件以及最差條件下電源的工作情況。
過去，要描述電源的行為特征，就意味著要使用數字萬用表測量靜態(tài)電流和電壓，并用計算器或PC進行艱苦的計算。今天，大多數工程師轉而將示波器作為他們的首選電源測量平臺?，F代示波器可以配備集成的電源測量和分析軟件，簡化了設置，并使得動態(tài)測量更為容易。用戶可以定制關鍵參數、自動計算，并能在數秒鐘內看到結果，而不只是原始數據。
電源設計問題及其測量需求
理想情況下，每部電源都應該像為它設計的數學模型那樣地工作。但在現實世界中，元器件是有缺陷的，負載會變化，供電電源可能失真，環(huán)境變化會改變性能。而且，不斷變化的性能和成本要求也使電源設計更加復雜。考慮這些問題：
電源在額定功率之外能維持多少瓦的功率？能持續(xù)多長時間？電源散發(fā)多少熱量？過熱時會怎樣？它需要多少冷卻氣流？負載電流大幅增加時會怎樣？設備能保持額定輸出電壓嗎？電源如何應對輸出端的完全短路？電源的輸入電壓變化時會怎樣？
設計人員需要研制占用空間更少、降低熱量、縮減制造成本、滿足更嚴格的EMI/EMC標準的電源。只有一套嚴格的測量體系才能讓工程師達到這些目標。
示波器和電源測量
對那些習慣于用示波器進行高帶寬測量的人來說，電源測量可能很簡單，因為其頻率相對較低。實際上，電源測量中也有很多高速電路設計師從來不必面對的挑戰(zhàn)近。
整個開關設備的電壓可能很高，而且是“浮動的”，也就是說，不接地。信號的脈沖寬度、周期、頻率和占空比都會變化。必須如實捕獲并分析波形，發(fā)現波形的異常。這對示波器的要求是苛刻的。多種探頭——同時需要單端探頭、差分探頭以及電流探頭。儀器必須有較大的存儲器，以提供長時間低頻采集結果的記錄空間。并且可能要求在一次采集中捕獲幅度相差很大的不同信號。
開關電源基礎
大多數現代系統中主流的直流電源體系結構是開關電源（SMPS），它因為能夠有效地應對變化負載而眾所周知。典型SMPS的電能信號路徑包括無源器件、有源器件和磁性元件。SMPS盡可能少地使用損耗性元器件（如電阻和線性晶體管），而主要使用（理想情況下）無損耗的元器件：開關晶體管、電容和磁性元件。SMPS設備還有一個控制部分，其中包括脈寬調制調節(jié)器脈頻調制調節(jié)器以及反饋環(huán)路1等組成部分?？刂撇糠挚赡苡凶约旱碾娫?。
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