首先,让我们明确示波器功率分析可以实现什么功能:
1.分析整体谐波失真和有效功率,取决于功率、功率因素和峰值因素。
电流谐波试验按IEC61000-3-2标准进行。
3.测量开关设备的开关损耗和导通损耗。
4.分析电流和电压的转换率dl/dt和dv/dt。
5.示波器纹波测量自动设置。
6.分析脉冲宽度调制。
从传统的模拟电源到高效的开关电源,电源的类型和大小都有很大的不同。它们都面临着复杂而动态的工作环境。设备负荷和需求可能会在瞬间发生很大的变化。即使是日常开关电源也能承受远远超过其平均工作电平的瞬时峰值。设计电源或系统中使用电源的工程师需要了解静态和最差条件下电源的工作。
在过去,描述电源的行为特征意味着使用数字万用表测量静态电流和电压,并使用计算器或电脑进行艰苦的计算。今天,大多数工程师将示波器作为他们的首选电源测量平台。现代示波器可以配备集成的电源测量和分析软件,简化设置,使动态测量更容易。用户可以定制关键参数,自动计算,并在几秒钟内看到结果,而不仅仅是原始数据。
电源设计及其测量要求。
理想情况下,每个电源都应该像它设计的数学模型一样工作。然而,在现实世界中,组件存在缺陷,负载会发生变化,电源可能会失真,环境会发生变化。此外,不断变化的性能和成本要求也使电源设计更加复杂。考虑到这些问题:
额定功率以外的电源能维持多少瓦?它能持续多久?电源散发多少热量?过热时会发生什么?它需要多少冷却气流?当负载电流急剧增加时会发生什么?设备能保持额定输出电压吗?如何处理输出端的完全短路?当电源的输入电压发生变化时会发生什么?
设计师需要开发更少的空间,降低热量,降低制造成本,满足更严格的EMI/EMC标准。工程师只有严格的测量系统才能实现这些目标。
测量示波器和电源。
对于那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说,电源测量可能很简单,因为它的频率相对较低。事实上,高速电路设计师从未面临过许多挑战。
整个开关设备的电压可能非常高,并且是浮动的,即不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和空间比都会发生变化。必须如实捕获和分析波形,以发现异常波形。这对示波器有严格的要求。各种探头-同时需要单端探头、差异探头和电流探头。仪器必须有一个大的存储器,以提供长期低频收集结果的记录空间。并可能需要在一次收集中捕获不同的信号。
开关电源基础。
大多数现代系统中的主流直流电源系统结构是开关电源(SMPS),这是众所周知的,因为它可以有效地处理变化负载。典型的SMPS电源信号路径包括无源设备、有源设备和磁性元件。SMPS使用尽可能少的损耗元件(如电阻和线性晶体管),主要使用无损耗元件:开关晶体管、电容和磁性元件。