采用差分方式测试开关电源

接线图 2024年10月22日 18:27 43 admin

　　在从墙上插座到供电设备的过程中，电源通常会经过开关电源，交流信号在到达设备之前会被整流为直流。之后，直流信号（通常为 5 V）被传送到设备 PC 板上的 DC-DC 转换器，以将各种电压馈送到设备供电网络的各个分支。让我们来看看与测试开关电源相关的一些测量技术和注意事项。

采用差分方式测试开关电源第1张

　　图 1. 所示为一个基本的开关电源电路，左侧为交流输入的二极管/电容整流器，后面跟着一个由 PWM 控制器驱动的开关晶体管，该控制器决定变压器远端有多少直流功率。
　　基本的开关电源电路是什么样的？在图 1 中，左侧的输入侧以二极管和电容器开始，用于整流交流输入。接下来是开关晶体管，通常是 MOSFET，由脉冲宽度调制 (PWM) 控制器驱动，该控制器决定变压器远端有多少直流电。部分信号被馈送到运算放大器，该运算放大器向 PWM 调制器提供反馈，以便它可以根据负载正确调节直流电压。
　　变压器两侧均可进行多项测量。在不以地为参考的输入侧，测量包括：
　　浪涌电流
　　电能质量
　　线路电源
　　开关损耗
　　安全操作区
　　控制回路
　　动态导通电阻
　　在以地为参考的输出侧，测量项目包括：
　　阶跃负载响应
　　波纹
　　变压器BH（磁化）
　　饱和
　　关断特性
　　测量电压
　　开关电源上的电压存在一些测量挑战。它们涵盖从毫伏到千伏的宽动态范围。在输入端，它们不以地为参考。您必须担心电路负载的影响。而且，这是一个固有的嘈杂环境；噪声可能会耦合到您的探头和/或您要测量的信号中。

　　使用通用示波器和典型的 10 MΩ 无源探头，测量电压时会出现以下问题：如果要探测 MOSFET，接地引线应连接在哪里？如果 V GS一侧为 +175 V ，另一侧为 -175 V，则没有真正的接地。当然，您可以将地连接到一侧，但这很容易导致短路。探头的接地引线连接到示波器的外壳，示波器的外壳通过示波器电源线中的接地线连接到大地（图 2）。这会导致接地环路，在拦截任何杂散磁场时，其作用类似于短路变压器匝。当然，承载大电流的导体会产生这些磁场。

采用差分方式测试开关电源第2张

　　图 2. 探头的接地引线连接到示波器外壳，示波器外壳通过示波器电源线中的接地线接地。这导致接地环路在拦截任何杂散磁场时，其作用类似于短路变压器线圈。
　　接地环路中的循环电流会在环路内的任何阻抗上产生电压。对于交流分量，主要的损耗元件是电感。探头尖端的接地导线形成一个电感器，该电压的交流分量出现在该电感器上。因此，示波器探头输入端的电压不等于探头尖端的电压。示波器测量的是 BNC 连接器处的电压，而不是探头尖端处的电压。

　　问题的答案是使用真正的差分放大器，它能为不以地为参考的信号提供最佳的测量质量（图 3）。差分放大器的输出以地为参考，因此示波器保持安全接地。放大器的两个输入都是高阻抗的，从而最大限度地减少了电容负载对电路操作和测量的影响。

采用差分方式测试开关电源第3张