【導(dǎo)讀】在從墻壁插座到被供電設(shè)備的過程中,電力通常通過開關(guān)模式電源,其中交流信號在到達(dá)設(shè)備之前被整流為直流。之后,直流信號(通常為 5 V)被傳遞到設(shè)備 PC 板上的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,以將各種電壓饋送到設(shè)備供電網(wǎng)絡(luò)的分支。讓我們看一下與測試開關(guān)模式電源相關(guān)的一些測量技術(shù)和注意事項(xiàng)。
在從墻壁插座到被供電設(shè)備的過程中,電力通常通過開關(guān)模式電源,其中交流信號在到達(dá)設(shè)備之前被整流為直流。之后,直流信號(通常為 5 V)被傳遞到設(shè)備 PC 板上的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器,以將各種電壓饋送到設(shè)備供電網(wǎng)絡(luò)的分支。讓我們看一下與測試開關(guān)模式電源相關(guān)的一些測量技術(shù)和注意事項(xiàng)。
圖 1. 顯示的是一個(gè)基本開關(guān)模式電源電路,左側(cè)帶有用于交流輸入的二極管/電容器整流器,后面是由 PWM 控制器驅(qū)動的開關(guān)晶體管,該控制器確定在遠(yuǎn)端看到多少直流功率。變壓器。
基本的開關(guān)電源電路是什么樣的?在圖 1 中,左側(cè)的輸入側(cè)以二極管和電容器開始,用于整流交流輸入。接下來是一個(gè)開關(guān)晶體管(通常是 MOSFET),由脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器驅(qū)動,該控制器確定變壓器遠(yuǎn)端有多少直流功率。其中一些信號被饋送到運(yùn)算放大器,該運(yùn)算放大器向 PWM 調(diào)制器提供反饋,以便它可以根據(jù)負(fù)載正確調(diào)整直流電壓。
可以在變壓器的兩側(cè)進(jìn)行多種測量。在不以地為參考的輸入側(cè),測量包括:
浪涌電流
電能質(zhì)量
線路電源
開關(guān)損耗
安全操作區(qū)
控制回路
動態(tài)導(dǎo)通電阻
在以地為參考的輸出側(cè),測量值包括:
階躍負(fù)載響應(yīng)
波紋
變壓器BH(磁化)
飽和
關(guān)斷特性
測量電壓
開關(guān)模式電源上的電壓提出了一些測量挑戰(zhàn)。它們涵蓋從毫伏到千伏的寬動態(tài)范圍。在輸入側(cè),它們不以地為參考。您必須關(guān)心電路負(fù)載的影響。而且,這本來就是一個(gè)嘈雜的環(huán)境;該噪聲可能會耦合到您的探頭和/或您要測量的信號中。
使用通用示波器和典型的 10 MΩ 無源探頭,測量電壓時(shí)會遇到以下問題:如果要探測 MOSFET,應(yīng)將接地線連接到哪里?例如,如果 V GS的一側(cè)為 +175 V ,另一側(cè)為 -175 V,則沒有真正的接地。當(dāng)然,您可以將地連接到一側(cè),但這可能會導(dǎo)致短路。探頭的接地線連接到示波器外殼,示波器外殼通過示波器電源線中的地線連接到大地(圖 2)。這會導(dǎo)致接地環(huán)路在攔截任何雜散磁場時(shí)就像短路的變壓器匝一樣。當(dāng)然,承載高電流的導(dǎo)體會產(chǎn)生這些場。
圖 2. 探頭的接地線連接到示波器外殼,示波器外殼通過示波器電源線中的地線接地。這會導(dǎo)致接地環(huán)路在攔截任何雜散磁場時(shí)就像短路的變壓器匝一樣。
接地環(huán)路中的循環(huán)電流會在環(huán)路內(nèi)的任何阻抗上產(chǎn)生電壓。對于交流元件,主要的損耗元件是感性的。探頭的接地引線形成一個(gè)電感器,該電壓的交流分量出現(xiàn)在該電感器上。因此,示波器探頭輸入處的電壓不等于探頭處的電壓。示波器測量 BNC 連接器處的電壓,而不是探頭的電壓。
解決這個(gè)問題的方法是使用真正的差分放大器,它可以為不以地為參考的信號提供的測量質(zhì)量(圖 3)。差分放大器的輸出以地為參考,因此示波器保持安全接地。放大器的兩個(gè)輸入均為高阻抗,限度地減少了電容負(fù)載對電路操作和測量的影響。
圖 3. 接地環(huán)路問題的解決方案是使用真正的差分放大器,它可以為不以接地為參考的信號提供的測量質(zhì)量。
差分放大器接收兩個(gè)輸入信號并將它們相減,從而無需接地。它還具有消除兩個(gè)探頭上的任何公共信號的優(yōu)點(diǎn)(共模抑制)。因此,MOSFET 開關(guān)耦合的噪聲通常會進(jìn)入兩個(gè)探頭并被抵消。 Teledyne LeCroy 的 DA1855A 是此類應(yīng)用中常用的差分放大器的一個(gè)示例。
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