基于开关电源的测量中安全性设计(2)

　　隔离通道技术

　　在当今使用的宽带示波器系统中，最常用的隔离方法是双路方法，将输入信号分为两个信号：低频和高频。该方法需要每个输入通道都具有昂贵的光耦合器和宽带线性变压器。

　　使用创新的隔音技术，取消了双路方法，而对每个从直流到示波器带宽的输入通道仅使用一个宽带信号通路。通过该技术，可以提供第一批具有四个输入 (1solated Channel)、低成本并使用电池供电的示波器，该电池可供示波器连续工作八个小时。对于需要进行四通道隔离测量，并希望获得由低成本并使用电池供电的示波器提供的性能和易用性的工程师和技术人员来讲,选择内置有隔离通道技术的TPS2000系列示波器是理想工具。

　　图3说明了隔离通道的概念。

　　图3 将安全放在第一位的IsolatedChannel技术，可以快速、准确、经济地进行多通道隔离测量

　　四隔离通道输入体系结构向”正”输入和”负基准”导线(包括外部触发输入)提供了真实且完整的通道间隔离。

　　电源控制电路(例如电机控制器、不间断电源和工业设备)中的浮动测量要求最为严格。在这些应用领域中，电压和电流可能大到足够对用户和测试设备造成威胁。

　　要保证测量质量，隔离通道技术是首选解决方案，并且该技术始终将安全放在第一位。如果存在较大的共模信号，能有效的通道与通道隔离将寄生效应的影响降到最低，测量系统的容量越小，那么它与环境的交互影响也就越小。完全隔离的电池供电仪器本身并不涉及接地问题。每个探头都具有一条与仪器底盘隔离的”负基准”导线，而不是使用一条固定的地线。

　　而且，所有输入通道的“负基准”导线都彼此隔离。这是避免短路危险的最佳方法。它还在最大程度上降低了信号弱化阻抗，而该阻抗会影响单点接地仪器中的测量质量。

　　无论使用电池电源还是通过交流电源适配器连接到交流电源，TPS2000系列示波器的输入始终是浮动的。因此，这些示波器与传统示波器所体现的限制并不相同。传统示波器侧重于性能(带宽，多功能性)，牺牲了进行浮动测量的能力。

　　电源质量测量

　　根据SMPS组成,它的测量可分有源器件(开关元件)测量、元源器件(磁性元件) 测量、输入交流供电测量及电源质量测量,值此仅对电源质量测量作介绍

　　电源质量不仅仅取决于发电机。它还取决于电源的设计和制造以及最终用户负载。电源的电源质量特征定义了电源的“健康”状况。

　　现实的电线从来不会提供理想的正弦波，线路上总是有一些失真和杂波。开关电源给供电电源施加了一个非线性负载。因此，电压和电流波形不是完全相同的。电流在输入周期的某一部分被吸收，使输入电流波形上产生谐波。确定这些失真的影响是电源工程的一个重要部分。

　　为了确定电源线上的功率消耗和失真，应该在输入阶段进行电源质量测量，如图4为所示的电压和电流测试点。

　　图4 开关电源电源质量测试点示意图。电源质量测试必须使用同一时刻的输入VAC和IAC读数

　　电源质量测量包括：有功功率;视在功率或无功功率;功率因数;波峰因数;根据EN61000-3-2标准进行的电流谐波测量;总谐波失真(THD)。

　　应用具有运行软件包(如TDSPWR3)的数字示波器并行电源质量测量。

　　运行软件包(如TDSPWR3)的数字示波器，如TDS5000B系列是替代传统的功率表和谐波分析仪进行电源质量测量的有力工具。

　　使用数字示波器比传统工具有明显的优势。仪器必须能捕获到基波的高达50次谐波分量。根据各地使用的标准，电源工频频率通常是50Hz或60Hz。在当今的高速示波器中，过采样确保能够详细地(高分辨率)捕获快速变化的事件。相反，由于响应时间相对较长，传统功率表可能忽略信号细节。即时在非常高的采样分辨率下，示波器的记录长度也足以采集整数个周期。

　　软件工具能加快测量过程，并将设置时间降至最低。大多数电源质量测量都能由示波器上运行的功能完备的电源测量软件自动进行，数秒中内就能完成漫长的过程。示波器减少了手工计算，成为非常通用高效的功率表。

　　数字示波器探头也有助于进行安全、可靠的电源测量。用于电源应用的高压差分探头是观察浮动电压信号的首选工具。

　　电流探测需要特殊的考虑。有几种电流探头结构的实现：交流电流探头基于电流互感器(CT)技术,CT探头是非插入的，不能感应信号中的直流分量，这可能会造成测量不准确;分流器,该设计要求切断电路，会在探头内部形成电压降，可能影响电源测量的准确性;交流/直流电流探头一般基于霍尔效应传感器技术,该设备以非插入方式感应交流/直流电流，能够用一个连接同时读取交流和直流分量。

　　当给一台数字示波器(如TDS5054B)配备了TDSPWR3软件时.它就变成了一个真正的自动电源测量平台。该软件自动设置示波器及其初始测量参数。如果需要，可以手工对这些设置进行细调。

　　图5显示了用TDSSOOOB系列示波器和TDSPWR3测量分析软件得到的电源质量和电流谐波读数。显示器显示了一系列丰富的测量，包括有功功率、视在功率、波峰因数、

　　总谐波失真、功率因数、以及电流谐波的条形图显示。

　　图5 用具有运行软件包的示波器TDS5000B电源质量测试结果

　　结语

　　专业技术人员要面对SMPS高压和电流测量，必须解决测量中的安全性问题,即运行于具有潜在危险的浮动测量。对此,当今有多种可选技术或产品进行浮动测量,值此仅以内置具有IsoatedChanneI技术的TPS 2000宽带示波器为例作为解决方案, 即隔离和浮动测量功能+实验室示波器的性能+现埸通用+功率专用测量和分析,等于高的生产效率，那就是浮动测量新方法的应用，其特点是具有多功能性、准确性或经济性。