如何用數字示波器測試開關電源？
2014-09-27
從傳統的模擬型電源到高效的開關電源，直流穩壓電橋電源的種類和大小千差萬別。它們都要面對復雜、動態的工作環境。設備負載和需求可能在瞬間發生很大變化。即使是“日用的”開關電源，也要能夠承受遠遠超過其平均工作電平的瞬間峰值。設計電源或系統中要使用電源的工程師需要了解在靜態條件以及最差條件下電源的工作情況。
過去，要描述電源的行為特征，就意味著要使用數字萬用表測量靜態電流和電壓，并用計算器或PC進行艱苦的計算。今天，大多數工程師轉而將示波器作為他們的首選電源測量平臺。現代示波器可以配備集成的電源測量和分析軟件，簡化了設置，并使得動態測量更為容易。用戶可以定制關鍵參數、自動計算，并能在數秒鐘內看到結果，而不只是原始數據。
電源設計問題及其測量需求
理想情況下，每部電源都應該像為它設計的數學模型那樣地工作。但在現實世界中，元器件是有缺陷的，負載會變化，供電電源可能失真，環境變化會改變性能。而且，不斷變化的性能和成本要求也使電源設計更加復雜。考慮這些問題：
電源在額定功率之外能維持多少瓦的功率？能持續多長時間？電源散發多少熱量？過熱時會怎樣？它需要多少冷卻氣流？負載電流大幅增加時會怎樣？設備能保持額定輸出電壓嗎？電源如何應對輸出端的完全短路？電源的輸入電壓變化時會怎樣？
設計人員需要研制占用空間更少、降低熱量、縮減制造成本、滿足更嚴格的EMI/EMC標準的電源。只有一套嚴格的測量體系才能讓工程師達到這些目標。
示波器和電源測量
對那些習慣于用示波器進行高帶寬測量的人來說，電源測量可能很簡單，因為其頻率相對較低。實際上，電源測量中也有很多高速電路設計師從來不必面對的挑戰近。
整個開關設備的電壓可能很高，而且是“浮動的”，也就是說，不接地。信號的脈沖寬度、周期、頻率和占空比都會變化。必須如實捕獲并分析波形，發現波形的異常。這對示波器的要求是苛刻的。多種探頭——同時需要單端探頭、差分探頭以及電流探頭。儀器必須有較大的存儲器，以提供長時間低頻采集結果的記錄空間。并且可能要求在一次采集中捕獲幅度相差很大的不同信號。
開關電源基礎
大多數現代系統中主流的直流電源體系結構是開關電源（SMPS），它因為能夠有效地應對變化負載而眾所周知。典型SMPS的電能信號路徑包括無源器件、有源器件和磁性元件。SMPS盡可能少地使用損耗性元器件（如電阻和線性晶體管），而主要使用（理想情況下）無損耗的元器件：開關晶體管、電容和磁性元件。SMPS設備還有一個控制部分，其中包括脈寬調制調節器脈頻調制調節器以及反饋環路1等組成部分。控制部分可能有自己的電源。
最新資訊
