1  開關(guān)電源原理簡(jiǎn)介

　　1）、開關(guān)電源是一種高頻開關(guān)式的能量變換電子電路，常作為設(shè)備的電源供應(yīng)器，常見變換分類有：AC-DC、DC-DC、DC-AC 等。

　　2）、開關(guān)電源原理框圖

圖1  開關(guān)電源原理框圖

　　（1）市電進(jìn)入電源后，首先經(jīng)過是前級(jí)的EMI 濾波電路部份，EMI 濾波的主要作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對(duì)電源的干擾，同時(shí)還有減少開關(guān)電源本身對(duì)外界的電磁干擾。實(shí)際上它是利電感和電容的特性，使頻率為50Hz 左右的交流電可以順利通過濾波器，而高于50Hz 以上的高頻干擾雜波將被濾波器濾除。

　　（2） 經(jīng)過EMI 濾波，所得到較為平整的正弦波交流電被送入前級(jí)整流電路進(jìn)行整流，整流工作都由全橋式整流二極管來(lái)?yè)?dān)任。經(jīng)過全橋式整流二級(jí)管整流后，電壓全部變成正相電壓。不過此時(shí)得到的電壓仍然存在較大的起伏，這就必須使用高壓濾波電容進(jìn)行初步穩(wěn)壓，將波形修正為起伏較小的波形。

　　（3）把直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的脈動(dòng)直流電，這一步由控制電路來(lái)完成。輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。控制電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電源用集成電路。

　　（4）把得到的脈動(dòng)直流電，送到高頻開關(guān)變壓器進(jìn)行降壓。再由二極管和濾波電容組成的低壓濾波電路進(jìn)行整流和濾波就得到了設(shè)備上使用的純靜的低壓直流電。

　　3）、開關(guān)電源特點(diǎn)：

　　（1）開關(guān)電源是一種非線性電源，體積和重量輕。

　　（2）功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶體管上的功耗小，轉(zhuǎn)化效率高。

　　2  開關(guān)電源測(cè)量考慮

　　目前的電源設(shè)計(jì)人員在開發(fā)高效率、低成本電源的過程中正面臨著越來(lái)越多的限制。過去，設(shè)計(jì)人員的主要目標(biāo)是經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。而現(xiàn)在，不斷上漲的能源成本使電源效率倍受關(guān)注。另外，例如設(shè)計(jì)緊湊性、向數(shù)字控制技術(shù)的過渡、更嚴(yán)格的電壓容限和電力質(zhì)量管理規(guī)定以及 EMI規(guī)定等方面的限制都迫切要求進(jìn)行快速、可靠的電源測(cè)試。日益增加的設(shè)計(jì)限制使目前的電源設(shè)計(jì)人員必須花費(fèi)更多的時(shí)間進(jìn)行功率設(shè)備的測(cè)量和分析。

　　盡管在近幾年中，許多示波器的分析能力都有所提高，但是，仍然經(jīng)常看到設(shè)計(jì)人員手動(dòng)執(zhí)行測(cè)量和表征的情況。這些測(cè)量通常都需要大量的時(shí)間來(lái)進(jìn)行捕獲、分析和。

　　現(xiàn)在，您在表征功率設(shè)備時(shí)可以不再用耗費(fèi)時(shí)間的手動(dòng)測(cè)量了。用于安捷倫示波器的 U1881A 和 U1882A 功率測(cè)量應(yīng)用軟件提供全套功率測(cè)量，可以直接在 Infiniium 8000 和9000系列示波器上運(yùn)行，或在獨(dú)立 PC 上運(yùn)行并與 InfiniiVision5000,6000 和 7000 系列示波器一起使用。安捷倫功率測(cè)量應(yīng)用軟件除了偏移校正和生成以外還提供了 7 種模塊，以幫助您表征設(shè)備（功率設(shè)備分析、輸入線路分析、輸出分析、打開/關(guān)閉分析、瞬時(shí)分析、調(diào)制分析）。每個(gè)模塊都包括相關(guān)的測(cè)量和設(shè)置選擇，可以輕松進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。

表1 開關(guān)電源測(cè)試參數(shù)

　　3 自動(dòng)偏移校正和 U1880A 偏移校正夾具

　　功率測(cè)量是用電壓和電流探頭測(cè)得的電壓和電流波形逐點(diǎn)相乘的結(jié)果。為了執(zhí)行的功率測(cè)量和計(jì)算，必須使用稱為"偏移校正"的程序來(lái)均衡電壓和電流探頭之間的時(shí)間延遲。這個(gè)步驟非常重要，因?yàn)殡妷汉碗娏髹E線定時(shí)一旦差之毫厘，瞬時(shí)功率讀數(shù)就可能謬之千里。為了校正這對(duì)探頭，需要使用 U1880A 偏移校正夾具，利用相同的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓和電流探頭。您只需單擊菜單，夾具就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行偏移校正并將偏移校正值保存在功率測(cè)量軟件中，當(dāng)您下啟動(dòng)功率測(cè)量應(yīng)用軟件時(shí)，便可以使用所保存的偏移校正值或再次執(zhí)行偏移校正。

　　偏移校正是由電壓和電流探頭的電子特征以及被測(cè)信號(hào)的上升時(shí)間決定的。通常，較高帶寬的探頭將支持更好的上升時(shí)間保真度和更出色的偏移校正分辨率。安捷倫的 N2790A、N2791A、N2792A 和N2793A 可以很好的完成測(cè)量。建議將 U1880A 偏移校正夾具與以下電壓和電流探頭組合 （已給出各種測(cè)試信號(hào)上升時(shí)間特征值） 配合使用。

圖2  偏移校準(zhǔn)

　　4  功率設(shè)備分析

　　電源的開關(guān)損耗決定其效率。您可以在一個(gè)指定的開關(guān)周期內(nèi)輕松表征開關(guān)設(shè)備的瞬時(shí)功率損耗和傳導(dǎo)功率損耗。動(dòng)態(tài) ON 電阻測(cè)量可以顯示功率晶體管在傳導(dǎo)電流時(shí)的功率損耗。為了確定電源的可靠性，必須測(cè)量動(dòng)態(tài)負(fù)載變化過程中的功率損耗并觀察 SOA （安全工作區(qū)） 圖表。您可以使用示波器上的深采集存儲(chǔ)器和 SOA 圖表，輕松識(shí)別在功率晶體管導(dǎo)通時(shí)發(fā)生的功率損耗。

圖3 以圖形和表格"列表"兩種格式顯示功率設(shè)備分析結(jié)果

　　5  輸入線路分析

　　電源設(shè)計(jì)人員需要對(duì)線路功率進(jìn)行表征，確定在不同電源工作條件下的電力質(zhì)量、諧波和傳導(dǎo)發(fā)射。一些隱含的測(cè)量包括實(shí)際功率、視在功率、無(wú)功功率和波峰因數(shù)，以及與 IEC61000-3-2 （A、B、C、D 類） 和 RTCA DO160E 等標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的諧波的圖形顯示。通過使用電流探頭和功率測(cè)量軟件 （具有 FFT 數(shù)學(xué)函數(shù)），您可以測(cè)量導(dǎo)通功率電路上的諧波。

圖4  輸入線路分析結(jié)果

　　6  調(diào)制分析

　　調(diào)制分析使您可以快速查看 PWM信號(hào)打開時(shí)和關(guān)閉時(shí)的信息，因?yàn)樾畔挶让}沖開關(guān)頻率小得多，所以以前很難觀測(cè)這些信息。繪制 PWM 信號(hào)在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)打開或關(guān)閉時(shí)的內(nèi)嵌變量圖形，可以顯示反饋環(huán)路系統(tǒng)的控制環(huán)路響應(yīng)。此測(cè)量通過以下方式表現(xiàn)采集波形開關(guān)變化的數(shù)據(jù)趨勢(shì)：

　　● 頻率/時(shí)間

　　● 周期/時(shí)間

　　● 占空比/時(shí)間

　　● 正脈沖寬度/時(shí)間

圖5  調(diào)制分析結(jié)果

　　7  輸出分析

　　此模塊能夠表征輸出直流電壓中的紋波 （交流或開關(guān)） 成分。紋波是疊加在電源直流輸出的交流分量。電路頻率和開關(guān)頻率都可能產(chǎn)生紋波。此測(cè)量將顯示紋波峰峰值和捕獲信號(hào)的頻率響應(yīng)。

圖6  輸出分析結(jié)果

　　8  打開時(shí)間/關(guān)閉時(shí)間分析

　　此模塊將測(cè)量施加輸入電壓后電源輸出電壓變成穩(wěn)定狀態(tài)所用的時(shí)間（打開時(shí)間），以及移除輸入電壓之后電源輸出電壓關(guān)閉所用的時(shí)間（關(guān)閉時(shí)間）。

圖7  打開/關(guān)閉分析結(jié)果

　　9  瞬時(shí)響應(yīng)分析

　　電源很可能遇到瞬時(shí)情況（例如打開和關(guān)閉瞬時(shí)）以及輸出負(fù)載和線路輸入電壓的突然變化。這些情況引出了一個(gè)關(guān)鍵的電源技術(shù)指標(biāo)： 負(fù)載瞬時(shí)響應(yīng)。此模塊測(cè)量直流輸出的負(fù)載瞬時(shí)響應(yīng)，即負(fù)載變化時(shí)直流輸出變成穩(wěn)定狀態(tài)所用的時(shí)間。

圖8  瞬時(shí)響應(yīng)結(jié)果

　　10  生成

　　在進(jìn)行了測(cè)試或運(yùn)行了一個(gè)測(cè)試模塊之后，View Report 選項(xiàng)卡中將會(huì)顯示各種測(cè)量數(shù)據(jù)和圖表，供您歸檔和進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。以 .htm 格式保存。每個(gè)都包括相關(guān)測(cè)試信息的預(yù)先匯總。將自動(dòng)保存在您選定的目錄下的測(cè)試文件夾中。

圖9  自動(dòng)生成使測(cè)試結(jié)果輕松歸檔