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使用差分来测试开关模式电源

作者: 时间:2024-10-14 来源: 收藏

在从墙壁插座到被供电设备的过程中,电力通常通过,其中交流信号在到达设备之前被整流为直流。之后,直流信号(通常为 5 V)被传递到设备 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分支。让我们看一下与测试相关的一些测量技术和注意事项。

本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/202410/463610.htm

使用差分来测试开关模式电源

图 1. 显示的是一个基本电路,左侧带有用于交流输入的二极管/电容器整流器,后面是由 PWM 控制器驱动的开关晶体管,该控制器确定在远端看到多少直流功率。变压器。
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。接下来是一个开关晶体管(通常是 MOSFET),由脉宽调制 (PWM) 控制器驱动,该控制器确定变压器远端有多少直流功率。其中一些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整直流电压。
可以在变压器的两侧进行多种测量。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,测量值包括:
  阶跃负载响应
  波纹
  变压器BH(磁化)
  饱和
  关断特性
  测量电压
开关模式电源上的电压提出了一些测量挑战。它们涵盖从毫伏到千伏的宽动态范围。在输入侧,它们不以地为参考。您必须关心电路负载的影响。而且,这本来就是一个嘈杂的环境;该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,测量电压时会遇到以下问题:如果要探测 MOSFET,应将接地线连接到哪里?例如,如果 V GS的一侧为 +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,但这可能会导致短路。探头的接地线连接到示波器外壳,示波器外壳通过示波器电源线中的地线连接到大地(图 2)。这会导致接地环路在拦截任何杂散磁场时就像短路的变压器匝一样。当然,承载高电流的导体会产生这些场。

使用差分来测试开关模式电源

图 2. 探头的接地线连接到示波器外壳,示波器外壳通过示波器电源线中的地线接地。这会导致接地环路在拦截任何杂散磁场时就像短路的变压器匝一样。
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。对于交流元件,主要的损耗元件是感性的。探头的接地引线形成一个电感器,该电压的交流分量出现在该电感器上。因此,示波器探头输入处的电压不等于探头处的电压。示波器测量 BNC 连接器处的电压,而不是探头的电压。
解决这个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。放大器的两个输入均为高阻抗,限度地减少了电容负载对电路操作和测量的影响。

 

使用差分来测试开关模式电源

图 3. 接地环路问题的解决方案是使用真正的差分放大器,它可以为不以接地为参考的信号提供的测量质量。
差分放大器接收两个输入信号并将它们相减,从而无需接地。它还具有消除两个探头上的任何公共信号的优点(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。 Teledyne LeCroy 的 DA1855A 是此类应用中常用的差分放大器的一个示例。



关键词: 开关模式电源

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