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采用差分方式测试开关电源

接线图 2024年10月22日 18:27 78 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

  图 3. 解决接地环路问题的方法是使用真正的差分放大器,它可以为不以地为参考的信号提供最佳的测量质量。
  差分放大器接收两个输入信号并将它们相减,这样就无需接地。它还有一个好处,就是可以抵消两个探头上的任何公共信号(共模抑制)。因此,MOSFET 开关耦合的噪声通常会进入两个探头并被抵消。
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标签: 电路图 测试测量电路

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