示波器有效輔助開(kāi)關(guān)電源實(shí)現Q/A
Q1：開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的紋波是一個(gè)重要的指標，如何正確使用示波器來(lái)測量這個(gè)指標?
A1：紋波的定義是附著(zhù)于直流電平之上的包含周期性與隨機性成分的雜波信號，英文稱(chēng)為 PARD (Periodic And Random Deviation)。它的定義是雜波的峰峰值。測量紋波要注意的事項：
示波器探頭地線(xiàn)會(huì )帶來(lái)很大紋波，應該拔掉地線(xiàn)直接使用探頭內地線(xiàn)進(jìn)行測量。當然，最好的測量方法是使用50歐姆終端電阻，用BNC電纜直接聯(lián)結到示波器，這里應該注意該50歐姆電阻要考慮功耗，可能要大功率電阻。
相關(guān)的標準要求，比如是否要分出周期性工頻紋波和開(kāi)關(guān)紋波，高頻噪聲等。再比如，測量頻率是否要限制在20MHz以下。
Q2：開(kāi)關(guān)電源總會(huì )有電磁輻射，同時(shí)也有可能受到其他電器設備的干擾。怎樣做才能達到開(kāi)關(guān)電源即不受其他電器的干擾，又有效地防止其向外輻射呢?
A2：開(kāi)關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，其引起的電磁兼容性問(wèn)題是相當復雜的。從整機的電磁兼容性講，主要有共阻抗耦合、線(xiàn)間耦合、電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合和電磁波耦合幾種。電磁兼容產(chǎn)生的三個(gè)要素為：干擾源、傳播途徑及受干擾體。共阻抗耦合主要是干擾源與受干擾體在電氣上存在共同阻抗，通過(guò)該阻抗使干擾信號進(jìn)入受干擾對象。線(xiàn)間耦合主要是產(chǎn)生干擾電壓及干擾電流的導線(xiàn)或PCB線(xiàn)，因并行布線(xiàn)而產(chǎn)生的相互耦合。電場(chǎng)耦合主要是由于電位差的存在，產(chǎn)生的感應電場(chǎng)對受干擾體產(chǎn)生的耦合。磁場(chǎng)耦合主要是大電流的脈沖電源線(xiàn)附近產(chǎn)生的低頻磁場(chǎng)對干擾對象產(chǎn)生的耦合。而電磁波耦合，主要是由于脈動(dòng)的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波，通過(guò)空間向外輻射，對相應的受干擾體產(chǎn)生的耦合。實(shí)際上，每一種耦合方式是不能?chē)栏駞^分的，只是側重點(diǎn)不同而已。
從電磁兼容性的三要素講，要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性，可從三個(gè)方面入手。1)減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號;2)切斷干擾信號的傳播途徑;3)增強受干擾體的抗干擾能力。在解決開(kāi)關(guān)電源內部的電磁兼容性時(shí)，可以綜合運用上述三個(gè)方法，
以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提。對開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的對外干擾，如電源線(xiàn)諧波電流、電源線(xiàn)傳導干擾、電磁場(chǎng)輻射干擾等，只能用減小干擾源的方法來(lái)解決。一方面，可以增強輸入輸出濾波電路的設計，改善有源功率因數校正(APFC)電路的性能，減少開(kāi)關(guān)管及整流續流二極管的電壓電流變化率，采用各種軟開(kāi)關(guān)電路拓撲及控制方式等。另一方面，加強機殼的屏蔽效果，改善機殼的縫隙泄漏，并進(jìn)行良好的接地處理。而對外部的抗干擾能力，如浪涌、雷擊應優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對1.2/50μs開(kāi)路電壓及8/20μs短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來(lái)解決。
減小開(kāi)關(guān)電源的內部干擾，實(shí)現其自身的電磁兼容性，提高開(kāi)關(guān)電源的穩定性及可靠性，應從以下幾個(gè)方面入手：
注意數字電路與模擬電路PCB布線(xiàn)的正確區分、數字電路與模擬電路電源的正確去耦;
注意數字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻干擾、減小地環(huán)的影響;
布線(xiàn)時(shí)注意相鄰線(xiàn)間的間距及信號性質(zhì)，避免產(chǎn)生串擾;減小地線(xiàn)阻抗;
減小高壓大電流線(xiàn)路特別是變壓器原邊與開(kāi)關(guān)管、電源濾波電容電路所包圍的面積;
減小輸出整流電路及續流二極管電路與直流濾波電路所包圍的面積;
減小變壓器的漏電感、濾波電感的分布電容;
采用諧振頻率高的濾波電容器等。
Q3：開(kāi)關(guān)電源在低溫下啟動(dòng)(如：-20℃以下)有什么特殊的要求嗎?
A3：關(guān)鍵是器件選擇的溫度范圍。比如電容、MOSFET、二極管等等。
Q4：如何精確的去測試開(kāi)關(guān)電源的紋波與噪音?在測試Ripple & noise時(shí)是不是要在專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室才可以,因為實(shí)驗中的其它設備對它的影響都比較大在TDS430中應如何去設定呢?
A4：當然如果您有專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室進(jìn)行紋波測量是最理想的。在不具備這個(gè)條件的時(shí)候應當注意的問(wèn)題有：
示波器應該有良好的接地。
如果您的測量標準有帶寬限制的要求，應該打開(kāi)TDS430A中的20MHz帶寬限制，使用示波器的交流耦合
使用BNC電纜，并用TDS430A的50歐姆輸入阻抗檔進(jìn)行測量(這時(shí)您可能需要50歐姆的大功率負載，BNC適配器或者制作測試夾具)
為提高測量精度，不應該使用示波器的探頭，示波器探頭的地線(xiàn)會(huì )引入比較大的噪聲。
Q5：在A(yíng)C/DC開(kāi)關(guān)電源中能否用示波器進(jìn)行功率因數測量?如何進(jìn)行測量?
A5：其實(shí)使用示波器測量功率因數就是測量電壓與電流之間的相位差即cosφ，同時(shí)泰克TDS5000功率測試系統也自動(dòng)對PFC的相關(guān)參數進(jìn)行測量(如：THD,True Power,Apparent Power,Power Factor等)。
Q6：用泰克示波器的FFT功能可以看到開(kāi)關(guān)電源的輻射的頻率及幅度，但是這里面的幅度的值與認證中心的值的概念是一樣嗎?假如不是，怎樣轉換?而且我還發(fā)現，假如在看波形時(shí)選不同的V/DIV，在FFT狀態(tài)下有不同的幅度?正常嗎?---我用的型號是TDS1012。
A6：使用示波器的FFT功能測得的幅值只能作為定性的分析，而不能作為定量的分析，因此只具備參考價(jià)值，若希望對頻譜幅度進(jìn)行分析可選擇Blackman-Harris窗口,這樣效果會(huì )好一些;當轉換V/div時(shí)一定會(huì )對FFT的幅值產(chǎn)生影響，因為這是受到示波器本身的ADC的分辨率限制，所以我們?yōu)榱讼Ｍ岣邷y量精度，一般會(huì )選擇將波形盡可能占滿(mǎn)整個(gè)屏幕(但決不能超出屏幕)，也就是選擇較小的V/div檔位。
A7：首先你的示波器要有通道間的時(shí)延校正功能，這樣進(jìn)行相關(guān)數據計算時(shí)才能保證基本的準確性。你使用高壓差分電壓探頭及電流探頭測量。
Q8：請問(wèn)輸出電容和輸出電感的選擇應該根據負載的供電需求確定，那對于L和C值都應該按照datasheet上的確定的公式套用嗎?如果按照公式推算出來(lái)的值在實(shí)際應用中出現了問(wèn)題，那么我們應該根據什么來(lái)更換呢?
A8：不同拓樸的輸出扼流圈及輸出濾波電容的計算公式是不同的，你應該按你所選的電路結構選擇合適的計算公式。輸出電容的大小主要由輸出紋波電壓要抑制為幾毫伏決定，這就要計算出ESR，然后可按廠(chǎng)家提供的DATASHEET選擇。但選電容時(shí)還要考慮負載的變化，電流變化范圍，輸出電感感量等等都會(huì )使電容特性改變。
Q9：在開(kāi)關(guān)電源的設計中常會(huì )遇到的棘手問(wèn)題是效率問(wèn)題。而整機的效率很大程度上取決與開(kāi)關(guān)管的損耗，在我們的電路和器件選定后，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)波形測量很重要，可以根據它的數據來(lái)判斷和改善開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。那么在利用示波器進(jìn)行這項測試時(shí)應該如何正確操作和注意那些問(wèn)題呢?
A9：開(kāi)關(guān)電源中有兩大主題：提高效率和提高可靠性。效率就要測損耗，損耗主要集中在開(kāi)關(guān)管和磁性元件上。為此我們應該通過(guò)示波器測量開(kāi)通損耗、截止損耗、導通損耗，同樣的對變壓器和電感能測量其磁芯損耗、動(dòng)態(tài)電感。
Q10：在實(shí)際工作中，當碰到突發(fā)的毛刺信號，請問(wèn)如何捕捉和測試?
A10：比如我們在進(jìn)行時(shí)鐘測試時(shí)，經(jīng)常會(huì )碰到偶發(fā)毛刺信號，該信號將會(huì )對我們的電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，因此捕獲該信號成為測試的關(guān)鍵，由于事先我們無(wú)法判斷該毛刺為正還是為負，因此我們須先利用TDS5000示波器的數字熒光功能即快速波形捕獲模式結合無(wú)限余輝查看毛刺特
，然后利用示波器的高級觸發(fā)功能——脈寬觸發(fā)依照信號特征，如：小于正常時(shí)鐘脈沖寬度觸發(fā)。
Q11：反激式開(kāi)關(guān)電源有沒(méi)有一種比較通用的變壓器參數計算方法。在反激式開(kāi)關(guān)電源電源用一種變壓器算法，總是需要再進(jìn)行好多次的調整。
A11：變壓器的設計雖然通過(guò)理論計算，但因為磁芯，繞制方法等的差異性，仍需要多次試驗調整。一般是先計算原邊電感,跟拒輸出功率來(lái)選磁芯材料與骨架尺寸，然后跟拒手冊確定一些如磁芯截面積等參數等單端設計變壓器就是要讓磁芯的磁通復位。
Q12：功率因數是如何測量的?某個(gè)模塊的轉換效率是如何測量的?
A12：功率因數：在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率(即有功功率)將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數，以COSΦ表示，其實(shí)最簡(jiǎn)單的測量方式就是測量電壓與電流之間的相位差，得出的結果就是功率因數。
Q13：在高頻端，如何判斷示波器探頭本身的阻抗對信號的影響?
A13：示波器的探頭都有特定的指標，您可以參照探頭的等效阻抗-頻率圖確定探頭在您的頻率點(diǎn)的等效阻抗。
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