1  開關(guān)電源原理簡介

　　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

　?。?）市電進入電源后，首先經(jīng)過是前級的EMI 濾波電路部份，EMI 濾波的主要作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對電源的干擾，同時還有減少開關(guān)電源本身對外界的電磁干擾。實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。

　?。?） 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整流電路進行整流，整流工作都由全橋式整流二極管來擔(dān)任。經(jīng)過全橋式整流二級管整流后，電壓全部變成正相電壓。不過此時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)化為高頻率的脈動直流電，這一步由控制電路來完成。輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達到穩(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。

　?。?）把得到的脈動直流電，送到高頻開關(guān)變壓器進行降壓。再由二極管和濾波電容組成的低壓濾波電路進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：

　?。?）開關(guān)電源是一種非線性電源，體積和重量輕。

　?。?）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)電源測量考慮

　　目前的電源設(shè)計人員在開發(fā)高效率、低成本電源的過程中正面臨著越來越多的限制。過去，設(shè)計人員的主要目標(biāo)是經(jīng)濟高效的解決方案。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)計緊湊性、向數(shù)字控制技術(shù)的過渡、更嚴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行快速、可靠的電源測試。日益增加的設(shè)計限制使目前的電源設(shè)計人員必須花費更多的時間進行功率設(shè)備的測量和分析。

　　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)?？吹皆O(shè)計人員手動執(zhí)行測量和表征的情況。這些測量通常都需要大量的時間來進行捕獲、分析和。

　　現(xiàn)在，您在表征功率設(shè)備時可以不再用耗費時間的手動測量了。用于安捷倫示波器的 U1881A 和 U1882A 功率測量應(yīng)用軟件提供全套功率測量，可以直接在 Infiniium 8000 和9000系列示波器上運行，或在獨立 PC 上運行并與 InfiniiVision5000,6000 和 7000 系列示波器一起使用。安捷倫功率測量應(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、瞬時分析、調(diào)制分析）。每個模塊都包括相關(guān)的測量和設(shè)置選擇，可以輕松進行重復(fù)測試。

表1 開關(guān)電源測試參數(shù)

　　3 自動偏移校正和 U1880A 偏移校正夾具

　　功率測量是用電壓和電流探頭測得的電壓和電流波形逐點相乘的結(jié)果。為了執(zhí)行的功率測量和計算，必須使用稱為"偏移校正"的程序來均衡電壓和電流探頭之間的時間延遲。這個步驟非常重要，因為電壓和電流跡線定時一旦差之毫厘，瞬時功率讀數(shù)就可能謬之千里。為了校正這對探頭，需要使用 U1880A 偏移校正夾具，利用相同的脈沖信號驅(qū)動電壓和電流探頭。您只需單擊菜單，夾具就會自動執(zhí)行偏移校正并將偏移校正值保存在功率測量軟件中，當(dāng)您下啟動功率測量應(yīng)用軟件時，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信號的上升時間決定的。通常，較高帶寬的探頭將支持更好的上升時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 （已給出各種測試信號上升時間特征值） 配合使用。

圖2  偏移校準

　　4  功率設(shè)備分析

　　電源的開關(guān)損耗決定其效率。您可以在一個指定的開關(guān)周期內(nèi)輕松表征開關(guān)設(shè)備的瞬時功率損耗和傳導(dǎo)功率損耗。動態(tài) ON 電阻測量可以顯示功率晶體管在傳導(dǎo)電流時的功率損耗。為了確定電源的可靠性，必須測量動態(tài)負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器和 SOA 圖表，輕松識別在功率晶體管導(dǎo)通時發(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)計人員需要對線路功率進行表征，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。一些隱含的測量包括實際功率、視在功率、無功功率和波峰因數(shù)，以及與 IEC61000-3-2 （A、B、C、D 類） 和 RTCA DO160E 等標(biāo)準相關(guān)的諧波的圖形顯示。通過使用電流探頭和功率測量軟件 （具有 FFT 數(shù)學(xué)函數(shù)），您可以測量導(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信號打開時和關(guān)閉時的信息，因為信息帶寬比脈沖開關(guān)頻率小得多，所以以前很難觀測這些信息。繪制 PWM 信號在一段較長時間內(nèi)打開或關(guān)閉時的內(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：

　　● 頻率/時間

　　● 周期/時間

　　● 占空比/時間

　　● 正脈沖寬度/時間

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。此測量將顯示紋波峰峰值和捕獲信號的頻率響應(yīng)。

圖6  輸出分析結(jié)果

　　8  打開時間/關(guān)閉時間分析

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

圖7  打開/關(guān)閉分析結(jié)果

　　9  瞬時響應(yīng)分析

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

圖8  瞬時響應(yīng)結(jié)果

　　10  生成

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

圖9  自動生成使測試結(jié)果輕松歸檔