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开关电源测试基础知识,泰克中国分销业务部陈迎雨,PartnerLogoHere,开关电源基础,安全用电电源的指标什么是开关电源常见开关电源拓扑结构Flyback（反激）Boost（正激）Half-Bridge（半桥）Bridge(全桥）开关电源的主要部分（AC-DC）输入整流滤波输出整流开关电路电感（变压器）控制部分开关电源测试举例荧光灯电子镇流器APFC有源功率因数校正电路,PartnerLogoHere,发电机组发出的电压一般为610KV。,电力是现代工业的主要动力，在各行各业中都得到了广泛的应用。电力系统是发电厂、输电线、变电所及用电设备的总称。,1.发电,发电是将水力、火力、风力、核能和沼气等非电能转换成电能的过程。我国以水利和火力发电为主，近几年也在发展核能发电。,电力系统由发电、输电和配电系统组成。,电力系统概述,PartnerLogoHere,输电,输电就是将电能输送到用电地区或直接输送到大型用电户。输电网是由35KV及以上的输电线路与其相连接的变电所组成，它是电力系统的主要网络。输电是联系发电厂和用户的中间环节。,输电过程中,一般将发电机组发出的610KV电压经升压变压器变为35500KV高压，通过输电线可远距离将电能传送到各用户，再利用降压变压器将35KV高压变为610KV高压。,PartnerLogoHere,配电,配电是由10KV级以下的配电线路和配电(降压)变压器所组成。它的作用是将电能降为380/220V低压再分配到各个用户的用电设备。,电力网的电压等级,高压：1KV及以上的电压称为高压。,有1,3,6,10,35,110,330,550KV等。,低压：1KV及以下的电压称为低压。,有220，380V。,安全电压：36V以下的电压称为低压。,我国规定的安全电压等级有：12V、24V、36V等。,PartnerLogoHere,电力系统的示意图,升压变电所,220kV,地区枢纽所,10kV,至用户,配电所,10kV,10kV,升压变电所,220kV,220kV,220kV,输电线路,220kV,10kV,为保证供电的可靠性和安全连续性，电力系统将各地区、各种类型的发电机变压器、输电线、配电和用电设备等连成一个环形整体。,PartnerLogoHere,低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、用电线路组成。,通常一个低压配电线路的容量在几十千伏安到几百千伏安的范围，负责几十个用户的供电。为了合理地分配电能，有效的管理线路，提高线路的可靠性，一般都采用分级供电的方式。,即按照用户地域或空间的分布，将用户划分成供电区和片，通过干线、支线向片、区供电。整个供电线路形成一个分级的网状结构。,低压配电线路的结构,PartnerLogoHere,低压配电线路是由配电室(配电箱)、低压线路、用电线路组成。,低压配电线路的联接方式主要是放射式和树干式两种。,低压配电线路的结构,PartnerLogoHere,某校实验楼树形供电线路示意图,去教学楼,去宿舍食堂,2层配电箱,11层配电箱,1层配电箱,去报告厅,实验楼,配电变压器,配电柜,PartnerLogoHere,1.电气事故的原因,1)违章操作,(1)违反“停电检修安全工作制度”，因误合闸造成维修人员触电。,(2)违反“带电检修安全操作规程”，使操作人员触及电器的带电部分。,(3)带电移动电器设备。,(4)用水冲洗或用湿布擦拭电气设备。,(6)对有高压电容的线路检修时未进行放电处理导致触电。,(5)违章救护他人触电，造成救护者一起触电。,触电事故,PartnerLogoHere,施工不规范,(1)误将电源保护接地与零线相接，且插座火线、零线位置接反使机壳带电。,(2)插头接线不合理，造成电源线外露，导致触电。,(3)照明电路的中线接触不良或安装保险，造成中线断开，导致家电损坏。,(5)随意加大保险丝的规格，失去短路保护作用，导致电器损坏。,(4)照明线路敷射不合规范造成搭接物带电。,(6)施工中未对电气设备进行接地保护处理。,PartnerLogoHere,产品质量不合格,(1)电气设备缺少保护设施造成电器在正常情况下损坏和触电。,(2)带电作业时，使用不合理的工具或绝缘设施造成维修人员触电。,(3)产品使用劣质材料，使绝缘等级、抗老化能力很低，容易造成触电。,(4)生产工艺粗制滥造。,(5)电热器具使用塑料电源线。,4)偶然条件,电力线突然断裂使行人触电；狂风吹断树枝将电线砸断；雨水进入家用电器使机壳漏电等偶然事件均会造成触电事故。,PartnerLogoHere,电流对人体的作用,人体触电时，电流对人体会造成两种伤害：电击和电伤。,电击是指电流通过人体，影响呼吸系统、心脏和神经系统，造成人体内部组织的破坏乃至死亡。,电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时，对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。,调查表明，绝大部分的触电事故都是由电击造成的。电击伤害的程度取决于通过人体电流的大小、持续时间、电流的频率以及电流通过人体的途径等。,PartnerLogoHere,人体电阻,人体电阻因人而异，通常为104105，当角质外层破坏时，则降到8001000。,2.电流强度对人的伤害,人体允许的安全工频电流:30mA工频危险电流:50mA,电流频率在40Hz60Hz对人体的伤害最大。实践证明，直流电对血液有分解作用，而高频电流不仅没有危害还可以用于医疗保健等。,3.电流频率对人体的伤害,4.电流持续时间与路径对人体的伤害,电流通过人体的时间愈长，则伤害愈大。,PartnerLogoHere,5.电压对人体的伤害,电流的路径通过心脏会导致神经失常、心跳停止、血液循环中断，危险性最大。其中电流的流经从右手到左脚的路径是最危险的。,触电电压越高，通过人体的电流越大就越危险。,因此，把36V以下的电压定为安全电压。工厂进行设备检修使用的手灯及机床照明都采用安全电压。,PartnerLogoHere,触电方式,1.接触正常带电体,(1)电源中性点接地的单相触电,通过人体电流:,式中:UP:电源相电压(220V)Ro:接地电阻4Rb:人体电阻1000,这时人体处于相电压下，危险较大。,PartnerLogoHere,电源中性点不接地系统的单相触电,对地绝缘电阻,人体接触某一相时，通过人体的电流取决于人体电阻Rb与输电线对地绝缘电阻R的大小。若输电线绝缘良好，绝缘电阻R较大，对人体的危害性就减小。,但导线与地面间的绝缘可能不良（R较小），甚至有一相接地，这时人体中就有电流通过。,PartnerLogoHere,双相触电,触电后果更为严重,通过人体的电流：,2.接触正常不带电的金属体,当电气设备内部绝缘损坏而与外壳接触，将使其外壳带电。当人触及带电设备的外壳时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种。,这时人体处于线电压下，,Ib,PartnerLogoHere,跨步电压触电,电位分布,接地点,跨步电压,在高压输电线断线落地时，有强大的电流流入大地，在接地点周围产生电压降。如图所示。,当人体接近接地点时，两脚之间承受跨步电压而触电。跨步电压的大小与人和接地点距离，两脚之间的跨距，接地电流大小等因素有关。,双脚跨步,一般在20m之外，跨步电压就降为零。如果误入接地点附近，应双脚并拢或单脚跳出危险区。,PartnerLogoHere,接地和接零,为了人身安全和电力系统工作的需要，要求电气设备采取接地措施。按接地目的的不同，主要分为工作接地、保护接地和保护接零。,1.工作接地,即将中性点接地。,目的：,(1)降低触电电压,(2)迅速切断故障在中性点接地的系统中，一相接地后的电流较大，保护装置迅速动作，断开故障点。,(3)降低电气设备对地的绝缘水平,PartnerLogoHere,保护接地,当电气设备内部绝缘损坏发生一相碰壳时：由于外壳带电,当人触及外壳,接地电流Ie将经过人体入地后,再经其它两相对地绝缘电阻R及分布电容C回到电源。当R值较低、C较大时，Ib将达到或超过危险值。,对地绝缘电阻,分布电容,电气设备外壳未装保护接地时:,PartnerLogoHere,电气设备外壳有保护接地时,通过人体的电流：,Rb与Ro并联，且RbRo通过人体的电流可减小到安全值以内。,利用接地装置的分流作用来减少通过人体的电流。,保护接地：将电气设备的金属外壳(正常情况下是不带电的)接地。用于中性点不接地的低压系统,PartnerLogoHere,保护接零（用于380V/220V三相四线制系统）,将电气设备的外壳可靠地接到零线上。,当电气设备绝缘损坏造成一相碰壳，该相电源短路，其短路电流使保护设备动作，将故障设备从电源切除，防止人身触电。,把电源碰壳，变成单相短路，使保护设备能迅速可靠地动作，切断电源。,PartnerLogoHere,保护接地和保护接零同时使用时,当A相绝缘损坏碰壳时，接地电流,式中：R0：保护接地电阻4R0：工作接地电阻4,注：中性点接地系统(1)不允许采用保护接地，只能采用保护接零；(2)不准保护接地和保护接零同时使用。,此电流不足以使大容量的保护装置动作，而使设备外壳长期带电，其对地电压为110V。,PartnerLogoHere,电源转换器,ACDC：Rectification整流器DCDC：Conversion变换器DCAC：Inversion逆变器ACAC：cycloconverter周波变换器,PartnerLogoHere,电力电子行业,开关电源照明电力拖动（变频器）电焊能源伺服系统电力电子器件,PartnerLogoHere,电源的分类和作用,根据电源的输入和输出类型分类：AC-DC,DC-DC,DC-AC电源的作用，例如AC-DC电源：整流：将输入交流信号转换为直流信号电压转换：输出要求的电压幅度滤波：将输入整流的电压进行平滑调整：控制输出电压使得幅度恒定隔离：将输入与输出部分进行电气隔离保护：防止浪涌等有害电压到达输出部分，造成设备损坏理想的电源：提供稳定，平滑的输出电压，无论输入，负载或者环境温度如何变化，并且有100的能量转换效率,PartnerLogoHere,电源的外部性能指标,功率，电流，电压保护功能安全性能ClassI,通过基本的绝缘或者保护地实现电气安全ClassII，通过增强的加倍的绝缘实现电气安全ClassIII，通过SELV电路提供保护，不会产生有害的电压电磁兼容标准,PartnerLogoHere,电源的外部指标,输入电压影响输出电压的几个指标形式绝对稳压系数S=Uo/Uo/Ui/Ui电网调制率：输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示电压稳定度：负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度负载对输出电压影响的几种指标形式负载调整率（也称电流调整率）在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示输出电阻（也称等效内阻或内阻）在额定电网电压下，由于负载电流变化IL引起输出电压变化Uo，则输出电阻为Ro=|Uo/IL|欧,PartnerLogoHere,电源的外部指标,纹波电压在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示纹波系数Y（%）。在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uox100%噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的2%以下,PartnerLogoHere,电源的外部指标,冲击电流冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流过流保护是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。过流的给定值一般是额定电流的110%130%过压保护是一种对端子间过大电压进行负载保护的功能。一般规定为输出电压的130%150%输出欠压保护当输出电压在标准值以下时，检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出报警信号，多为输出电压的80%30%左右过热保护在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超标时停止电源的工作并发出报警信号。,PartnerLogoHere,电源的外部指标,温度漂移和温度系数温度漂移：环境温度的变化影响元器件的参数的变化，从而引起稳压器输出电压变化。常用温度系数表示温度漂移的大小绝对温度系数：温度变化1摄氏度引起输出电压值的变化UoT，单位是V/或毫伏每摄氏度相对温度系数：温度变化1摄氏度引起输出电压相对变化UoT/Uo，单位是V/漂移稳压器在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，元件参数的稳定性也会造成输出电压的变化，慢变化叫漂移，快变化叫噪声，介于两者之间叫起伏表示漂移的方法有两种：1在指定的时间内输出电压值的变化Uot。2在指定时间内输出电压的相对变化Uot/Uo考察漂移的时间可以定为1分钟、10分钟、1小时、8小时或更长。只在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂两项指标。,PartnerLogoHere,电源的外部指标,响应时间是指负载电流突然变化时，稳压器的输出电压从开始变化到达新的稳定值的一段调整时间在直流稳压器中，则是用在矩形波负载电流时的输出电压波形来表示这个特性，称为过度特性失真：这是交流稳压器特有的。是指输出波形不是正波形，产生波形畸变，称为畸变噪声：按30HZ18kHZ的可听频率规定，这对开关电源的转换频率不成问题，但对带风扇的电源要根据需要加以规定输入噪声：为使开关电源工作保持正常状态，要根据额定输入条件，按由允许输入外并叠加于工业用频率的脉冲状电压（0peak）制定输入噪声指标。一般外加脉冲宽度为100800us，外加电压1000V浪涌：这是在输入电压，以1分钟以上的间隔按规定次数加一种浪涌电压，以避免发生绝缘破坏、闪络、电弧等异常现象。通信设备等规定的数值为数千伏，一般为1200V静电噪声：指在额定输入条件下，外加到电源框体的任意部分时，全输出电路能保持正常工作状态的一种重复脉冲状的静电。一般保证510KV以内,PartnerLogoHere,电源的外部指标,电气安全要求环境特性要求低温高温恒定湿热交变湿热冲撞（冲击和碰撞）振动恒加速贮存长霉腐蚀大气（例如盐雾）砂尘空气压力（高压或低压）温度变化可燃性密封水辐射（太阳或核）锡焊接端强度噪声：微打65DB,PartnerLogoHere,电源的外部指标,电磁兼容性试验（electromagneticcompatiblityEMC）电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力传导：是以波长长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在30MHZ以下.这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长，其辐射到空间的量也很少，由此可掌握发生于电源线上的电压，进而可充分评估干扰的大小，这种噪声叫做传导噪声当频率达到30MHZ以上，波长也会随之变短。这时如果只对发生于电源线的噪声源电压进行评价，就与实际干扰不符。因此，采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法，该噪声就叫做辐射噪声。测定辐射噪声的方法有上述按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法,PartnerLogoHere,电源的外部指标,电磁兼容性试验的内容：磁场敏感度：（抗扰性）设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下的不希望有的响应程度。敏感度电平越小，敏感性越高，抗扰性越差。固定频率、峰峰值的磁场静电放电敏感度：具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。300PF电容充电到-15000V，通过500欧电阻放电。可超差，但放完后要正常。数据传递、储存，不能丢电源瞬态敏感度：包括尖峰信号敏感度（0.5us10us2倍）、电压瞬态敏感度（10%-30%，30S恢复）、频率瞬态敏感度（5%-10%，30S恢复）。辐射敏感度：对造成设备降级的辐射干扰场的度量。（14K-1GHZ，电场强度为1V/M）传导敏感度：当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时，对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。（30HZ-50KHZ3V，50K-400M1V）非工作状态磁场干扰：包装箱4.6m磁通密度小于0.525uT,0.9m0.525Ut。工作状态磁场干扰：上、下、左、右交流磁通密度小于0.5mT。传导干扰：沿着导体传播的干扰。10KHz-30MHz60(48)dBuV。辐射干扰：通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。10KHz-1000MHz30屏蔽室60(54)uV/m,PartnerLogoHere,线性电源,PartnerLogoHere,开关电源典型的开关电源原理框图,整流桥,输入滤波,直流变换器,脉宽调制,输出整流滤波,PartnerLogoHere,电源转换,线性,开关,PartnerLogoHere,线性电源和开关电源,PartnerLogoHere,开关电源中的常见元件,PartnerLogoHere,电容器,PartnerLogoHere,电容器,PartnerLogoHere,电容器,PartnerLogoHere,电感器,PartnerLogoHere,电感器,PartnerLogoHere,功率二极管,二极管正偏压时，传导电流正相导通电压约为0.33V,反向偏压时，二极管截止，漏电流只有uA到mA级,PartnerLogoHere,功率二极管,PartnerLogoHere,二极管的反向恢复特性,二极管快速从正向到反向时，需要一定的时间称为反向恢复时间trr,PartnerLogoHere,功率二极管,工频整流二极管导通电压小于1VTrr比较大，典型为25us很高电压电流范围（5KV，5KA）用于工频信号整流快恢复二极管Trr比较小，高压直流-（调制）高压高频交流-（变压）低压高频交流-（整流、滤波）低压直流由输入端算起，分为交流抗干扰电路、功率因数校正电路、高压整流滤波电路、开关电路、低压整流滤波电路5个主要部分。ATX电源各路电压的额定输出电流：（单位：A）电源各输出端5V12V3.3V5V12V5VSB额定输出电流21A6A14A0.3A0.8A0.8A,PartnerLogoHere,开关电源实例ATX电源,PartnerLogoHere,开关电源实例ATX电源,PartnerLogoHere,开关电源实例ATX电源,PartnerLogoHere,开关电源实例ATX电源,PartnerLogoHere,开关电源实例ATX电源,PartnerLogoHere,开关电源实例ATX电源,PartnerLogoHere,UPS,在线式UPS,后备式UPS,PartnerLogoHere,开关电源的外部特性测试,负载特性，交流带载特性测试,PartnerLogoHere,开关电源的外部特性测试,DCDC电源的反射纹波电流测试,PartnerLogoHere,开关电源及其测量问题输入电路部分,40KHzCLOCK,L,N,G,D,S,G,有功功率视在功率功率因数电流谐波总谐波失真(THD),PartnerLogoHere,市电输入整流滤波电路,PartnerLogoHere,市电输入整流滤波电路,PartnerLogoHere,市电输入整流滤波电路的测量问题,视在功率（ApparentPower）有功功率（TruePower）功率因数（PowerFactor）波峰因数（CrestFactor）总谐波失真（TotalHarmonicDistortion）电磁兼容问题，按照EN61000-3-2进行一致性测试,PartnerLogoHere,功率定义-综述,有多少种功率定义？IEEE技术词典中列出了十多种不同的功率定义两种最常用的功率类型视在功率平均功率（亦称真值功率、有功功率）其他的功率无功功率谐波功率瞬时功率,PartnerLogoHere,功率定义-视在功率,数学定义：Papp=Urms*IrmsUrms是电压的有效值，Irms是电流的有效值简单地说，只要分别测量出电压和电流有效值，即可计算出视在功率，单位用VA表示。,PartnerLogoHere,功率定义-平均功率（一）,平均功率是工程师最常用的名称，也称有功功率或真值功率数学定义：对于正弦交流电路Pavg=Urms*Irms*Cos(U,I)Urms是电压的有效值，Irms是电流的有效值，Cos(U,I)是正弦交流电压与电流的相位角对于非正弦交流电路Pavg=Un是包含了谐波电压的电压测量值In是包含了谐波电流的电流测量值与上面定义区别在于：包含了n的高次谐波，使用了离散的计算方法。可以看出，这是需要大量的反复运算的，这是为什么工程师喜欢TDS3000B示波器的数学运算功能的原因。,PartnerLogoHere,功率定义-平均功率（二）,另一个平均功率的定义是等效直流电阻中的“热能”的定义，这是个更容易理解的概念P=I*I*R平均功率的重要性：对于象灯泡，加热器等电阻负载，平均功率的测量和计算是很方便的，但是，这样的计算不适用于非线性负载。现代的电子技术应用中，开关电源、电子整流器，空调控制系统，感应或脉冲调制马达等等都使用了非线性技术，这样，在设计，故障诊断和分析中都需要进行非线性负载的平均功率测量。,PartnerLogoHere,功率因数,有功功率Urms*Irms*Cos(U,I),pF（功率因数）,视在功率,PartnerLogoHere,波峰因数（CrestFactor）,被测波形峰值与该波形的均方根值之比。纯正弦波的峰值系数是1.414()也称为峰值因数（PeakFactor）,PartnerLogoHere,总谐波失真（THD）,交流量中，畸变含量的方均根值对基波分量的方均根值之百分比。,PartnerLogoHere,三相电源的星形联结,(1)联接方式,中性线(零线、地线),中性点,端线(相线、火线),在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。,相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压,线电压：端线与端线间的电压,、Up,、Ul,PartnerLogoHere,(2)线电压与相电压的关系,根据KVL定律,由相量图可得,相量图,30,PartnerLogoHere,(2)线电压与相电压的关系,同理,PartnerLogoHere,3.三相电源的三角形联结,PartnerLogoHere,三相负载连接原则（1）电源提供的电压=负载的额定电压；（2）单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。,PartnerLogoHere,测例-通讯电源输入功率测量,这是个通讯电源输入的测例：为了得到视在功率，我们将测量到的有效值相乘，得到视在功率=120.8V*1.108A=133.8W为了得到有效功率，我们使用TDS3000B的数学运算（Math)按钮，对电压和电流的波形“逐点”相乘，得到有效功率=88.0W。注意，这里使用的是相乘后的“平均值（Mean)”而不是“有效值(RMS)”来得到有效功率，这是根据前面所叙述的平均功率的定义来的。,这样，我们很容易的得到该设备的功率PF=88.0W/133.8W=0.66,从而为设计功率校正电路PFC提供数据。,TDS3000B的功率测量功能,PartnerLogoHere,测例-功耗测量,通过面积测量得到一定时间的功耗，如图中测得在121秒内功耗为约58Ws.测量电池供电设备的功耗曲线,TDS3000B的自动面积测量能力,PartnerLogoHere,功率：三相功率测量,对三相电路的功率测量-双功率计法不同于“双功率计”法的名称，实际测量中只需要一台TDS3000B示波器即可，电压测量的公共端接在三相中的任意一相，比如B相，然后测量B相同A相和C相的电压差以及A相和C相的电流。Wtotal=W1+W2,对三相电路的功率测量-单路法（适用平衡负载）通过一台TDS3000B示波器，测量出平衡负载的一相的RMS电压和RMS电流，乘上1.732即可的到三相的全部功率,需要注意的问题：电压探头的接地电流探头的方向,PartnerLogoHere,练习1：功率测量,测量电流和电压，不使用TDSPWR3软件，只是应用TDS5000B的计算和测量功能，得到功率测量值。,PartnerLogoHere,电磁兼容问题,辐射标准高频辐射标准低频辐射标准电流谐波标准EN61000-3-2,PartnerLogoHere,谐波：谐波定义-非线性负载,非线性负载什么是非线性负载：当加入正弦电压产生非正弦电流非线性负载的类型电感-由于饱和的影响SCR可控硅控制电路AC/DC电路非线性负载的影响热损耗输入电压波形畸变高频谐振,PartnerLogoHere,谐波：谐波定义-谐波的数学计算,对任一信号，可以进行FFT运算，进行以下分解：A(t)=A0+A1sin(t+1)+A2sin(2t+2)+A3sin(3t+3)+,2,3：谐波频率A0：直流分量A1：基波A2,A3,：谐波所以，谐波分析的本质在于FFT功能分析的内容谐波频谱各次谐波的含量谐波失真度,PartnerLogoHere,谐波：谐波测例-输入电压谐波分析,通过TDS3000B的快速傅立叶分析功能，可以很容易地将所需要分析的频谱、谐波含量、失真度读出。,TDS3000B的FFT测量功能,PartnerLogoHere,可以看出，由于波形的对称性，频谱分析的记过主要是奇次谐波的成分由于FFT的分析频率范围是采样率的一半决定的，而分析的步长解析度又是采样率和内存共同决定的，所以，选择合适的采样率成为FFT运算的关键因素。TDS3000B最高到5G/s.,谐波：谐波测例-输入电流谐波分析,TDS3000B的FFT测量功能,PartnerLogoHere,EN61000-3-2&AM14,电流谐波标准EN61000-3-2老的测量流程定义不够清楚EN61000-3-2AM14改写了EN61000-3-2标准中不清楚的地方2019年一月欧洲将开始实施应该适用哪个标准：两者都可以泰克的TDSPWR3二种标准都可以支持,PartnerLogoHere,EN61000-3-2标准（IEC1000-3-2),电流谐波标准原标准：EN60555-2(IEC555-2),PartnerLogoHere,电子产品的分类,A类设备电机驱动设备，家用电器，三相设备B类设备所有直接220Vac50Hz供电的便携式电动工具C类设备所有照明设备=25wattsD类设备PCs,PC显示器，电视，功率75W到600WAM14中电流波形模板测试被去掉。,PartnerLogoHere,实验2：使用TDSPWR3的输入测量功能,测量输入信号的各项参数按照EN6100032测量谐波,PartnerLogoHere,PFC有源功率因数校正电路的作用,PartnerLogoHere,电流模式的有源功率因数校正电路（APFC）,通过控制扼流圈LE的快速能量存储与释放，使得平均输入电流跟踪输入线路在输入90260V输入电压范围内，输出稳定在400VDC功率因数可以达到0.95to0.99,PartnerLogoHere,应用文章和测试案例（APFC）,PartnerLogoHere,开关电源及其测量问题DC输出部分,DC输出部分输出纹波,PartnerLogoHere,输出纹波测量,低频纹波：工频的2倍频（100Hz）高频纹波：脉宽调制开关电路带来的纹波开关噪声：与PWM信号同频的噪声随即噪声：工频或者开关频率相关的噪声,PartnerLogoHere,输出纹波测量,纹波的测量一般使用峰峰值一般使用20MHz带宽的示波器进行测量纹波的典型值是输出电压的12,PartnerLogoHere,输出纹波测量方法1,如果要带载测试，必须使用示波器探头时，必须注意：尽量减少示波器探头接地线的影响（使用BNC到探头尖转换或者至少拔掉探头帽，去掉探头地线需要并联0.1uF电容示波器良好接地测量共模噪声大小,PartnerLogoHere,输出纹波测量方法2,测量结果应该X2示波器良好接地电容C为低ESR型，不小于10uF,PartnerLogoHere,输出纹波测量专门的测试夹具,比如，特制的测试盒，测试板BNC测试线等,PartnerLogoHere,实验3：纹波测量,测量纹波，并尝试不同方法,PartnerLogoHere,NortelannouncesPoweroverEthernetSwitchIEEERatifiesPOEstandardIEEE802.3afOrganizationsworkingonPOEDeltaPower,TaiwanPowerDsine,IsraelNortelCisco,PowerOverEthernet(POE),PartnerLogoHere,PowerOverEthernet,TestPointsAtpowersupplyoutputpointRJ45connectorend,PartnerLogoHere,PowerOverEthernetMeasurerippleoverrangeoffrequencyband,MeasurementsinPoweroverEthernet,PartnerLogoHere,ResultofSpectralAnalysis,Marker,SpectralAnalysisinTDSPWR3,PartnerLogoHere,开关部分：开关管的类型,双极性（BJT）MOSFETIGBT,PartnerLogoHere,开关管的损耗,开关管的损耗是整个电源中最大部分的损耗开关管是整个电源中最”脆弱“的部分损耗会以发热的形式表现损耗主要有2部分：开关损耗发生在电压从导通到截至而电流从截至到导通的瞬间，电流和电压相乘得到传导损耗在导通时由于导通电阻得到,PartnerLogoHere,开关管：BJT,BipolarJunctionTransistor双极性三极管,PartnerLogoHere,开关管：BJT,PartnerLogoHere,开关管：BJT,PartnerLogoHere,开关管：MOSFET,MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor(a)如果门极未加偏置电压，电流可以从漏极流向源极(b)如果门极加偏置电压，耗尽区增大，漏极流向源极的电流减小,PartnerLogoHere,MOSFET的特点,优点：高输入阻抗电压驱动，易于使用单极性设备，多数载流子设备，快速切换速度更宽的SOA（安全工作区）正温度系数，易于并联使用特性：耐压100mV结果将造成开关管总损耗测量的不准确,100smV,500V,PartnerLogoHere,同时测量几百伏的高电压和几百毫伏的小电压,解决的办法如果传导态的电压可以测量，测量导通电阻（RDSon）如果开关电压峰峰值小于100V通过开关管手册查到当前工作温度下导通电阻（RDSon）的理论数值,PartnerLogoHere,探头引起的通道时间偏差,PartnerLogoHere,校准时间偏差,偏差校正通过专用夹具测量电压与电流通道波形的偏差调整或将偏差抵消信号现在可以时间对齐,Deskewfixture,PartnerLogoHere,TDSPWR3进行静态时延校准,静态校正支持泰克的电流探头，差分探头可以校正高达100A的电流无需校准夹具,Deskewfixture,PartnerLogoHere,TDSPWR3实时时延校准,对于特殊的探头自动校准时延需要时延校准夹具或者提供同一脉冲沿的电流电压信号的信号源,PartnerLogoHere,差分探头和电流探头的寄生噪声,解决的办法保证差分探头的直流平衡将示波器设置到捕获开关信号需要的垂直刻度（伏/格）调整直流平衡，使得短路平均值为零伏确保电流探头的直流平衡,PartnerLogoHere,开关电源中的开关管,开关管测量的问题：关断态时电流信号的噪声电平,Vds,Ids,500V,1or2mA(noise),结果将导致测量周期功率损耗结果误差,PartnerLogoHere,开关电源中的开关管,开关电源设备中测量开关管的问题：需要很长的示波器记录长度进行准确测量负载变化将导致传导损耗变化输入电压变化导致导通和截止损耗变化引起开关管导通/截止时间变化同时也导致传导损耗测量误差引起测量结果重复性差,PartnerLogoHere,开关电源中的开关管,开关电源设备中测量开关管的问题：需要很长的示波器记录长度进行准确测量,SwitchingVoltage,SwitchingCurrent,解决方法捕获整个的负载变化过程或者捕获完整的一个工频周期的数据,PartnerLogoHere,开关电源中的开关管,开关电源设备中测量开关管的问题当开关波形有很大振铃时，如何分辩真正的导通与截止解决办法定义参考电平和滞回电平准确定位边沿使用门级（G）作为参考波形,PartnerLogoHere,开关损耗,开关损耗Ton&Toff传导损耗：导通态开关管本身消耗的能量(T2toT3)平均功率损耗Ton,Toff,和传导损耗之和,PartnerLogoHere,动态导通电阻(RDSON),在导通态开关管RDSonVds/Ids,PartnerLogoHere,安全工作区（SOA）,SOA：是开关管瞬时电压与电流的关系曲线,PartnerLogoHere,大多数开关损耗发生在开关瞬态需要使转换时间最小，减少开关损耗,电压电流功率,PartnerLogoHere,开关损耗,TDSPWR3自动测量开关元件开启，断开及其周期损耗软件可以根据负载的动态变化，自动计算出最小，最大和平均值，进行开关损耗的趋势计算峰值功率定位功能能够进行瞬态功率损耗的精确定位与测量,PartnerLogoHere,动态负载时的开关损耗,峰值功率定位(HiPowerFinder)捕捉负载变化事件追踪瞬态功率值将瞬态功率点与相应的时域波形对应分析放大波形细节,PartnerLogoHere,开关损耗测试的画面,测量类型,边沿分析,Ton&ToffToff电平,选项,PartnerLogoHere,设置使用工频作为触发源门级驱动信号作为参考边沿捕获至少半个工频周期的开关电压和电流波形最小采样率设为50MS/s,有源功率因数校正电路（APFC）中的开关损耗,结果计算Ton,Toff和总损耗,选通数据分析,PartnerLogoHere,设置使用开关电压进行边沿分析打开信号调理,Flyback结构电源的开关损耗,进行边沿分析的部分,PartnerLogoHere,推挽式电路的开关损耗测量,参考电平,设置使用开关电压进行边沿分析打开信号调理,PartnerLogoHere,电子镇流器H桥开关损耗测量,捕获至少半个工频周期的开关电压和电流波形（Vds&Ids）选择测量类型为周期和频率可变型根据边沿设置参考电平然后进行测量,PartnerLogoHere,SOA（安全工作区）,安全工作区（SOA）测量快速得到SOA重复信号的安全工作区,PartnerLogoHere,安全工作区（SOA）,TDSPWR2及其数字荧光示波器提供长记录长度以及自动测量功能，使得这一任务简单，快速长记录长度捕捉整个时间自动测量确定安全工作区将安全工作区与时域波形实时定位与分析单次事件安全工作区,PartnerLogoHere,开关管安全工作区（SOA）模板,按照开关管厂家给出的指标设置模板对数或者线性刻度模板的存储，调出实时模板测试测量游标关联测试,Mask,Failedsection,PartnerLogoHere,动态导通电阻(RDSON),Vds/Ids,开关设备导通时，Vds/Ids的幅度,PartnerLogoHere,动态导通电阻(RDSON),测量动态导通电阻,PartnerLogoHere,开关电源及其测量问题,开关损耗导通电阻SOA,调制分析,40KHzCLOCK,L,N,G,D,S,G,铁心损耗B-H曲线分析,有功功率视在功率功率因数电流谐波总谐波失真(THD),PartnerLogoHere,电感（变压器）,电感的作用：储能，传输能量改善电磁兼容特性损耗：开关电源全部损耗的15,PartnerLogoHere,基本的电磁理论,V(t)电压,B(t)通量密度，(t)通量,H(t)磁场强度，F(t)磁势,i(t)电流,磁心特性,法拉第定律,安培定律,PartnerLogoHere,右手定则,PartnerLogoHere,PartnerLogoHere,磁与电：基本关系,PartnerLogoHere,电磁学中的基本量,磁感应强度（B磁通密度）,PartnerLogoHere,电磁学中的基本量,磁通,PartnerLogoHere,电磁学中的基本量,磁通,PartnerLogoHere,电磁学中的基本量,磁导率和磁场强度H,PartnerLogoHere,电磁学中的基本量,PartnerLogoHere,电磁学中的基本量,安培环路定律,PartnerLogoHere,电感的定义,PartnerLogoHere,电感的特性,自感电动势互感变压器,PartnerLogoHere,基本测量单位及其转换,PartnerLogoHere,磁心的类型,PartnerLogoHere,磁心的参数和储存的能量,PartnerLogoHere,气隙,PartnerLogoHere,磁损耗：磁滞损耗（Hysteresis）,周期磁滞损耗等于图中所包围曲线的面积与频率成正比,PartnerLogoHere,磁损耗：涡流损耗,PartnerLogoHere,磁损耗：铜损,A：电感导线截面积：电导率L：电感导线长度,PartnerLogoHere,铁氧体材料的损耗图,PartnerLogoHere,磁性材料,PartnerLogoHere,BH曲线,磁芯为磁性材料的情形,磁芯为空气的情形,软磁性材料和硬磁性材料,PartnerLogoHere,磁性元件（变压器，电感）的测量,电感损耗磁性元件工作状态（B-H曲线）饱和磁通（SaturationFlux）剩余磁通量（RemnantFlux）矫顽力（Coerciveforce）磁导率（Permeability）,PartnerLogoHere,开关电源中的磁性元件,电感单绕组多绕组应用：储存能量变压器单初级，多次级应用：传输能量,多绕组电感,PartnerLogoHere,开关电源中的磁性元件,对于开关电源系统的影响大的损耗高压浪涌要求大扼流圈和滤波器不同输出之间互调占空比范围受到限制,PartnerLogoHere,不同电感处于B-H曲线不同工作区,PartnerLogoHere,磁性元件的测量,磁特性峰值磁通量密度(Bpeak)磁通量反向单位截面积磁通量密度测量磁通量密度的饱和高斯/平方厘米（cgs)韦伯/平方米或者特斯拉Tesla（SI）,Bpeak,PartnerLogoHere,剩磁,剩磁(Br)加入的磁力消失后，磁性电路中剩余的磁感应是磁滞回曲线中磁力H为零，穿过B轴的点如果磁心中有气隙，剩磁会小于Br,PartnerLogoHere,矫顽力,矫顽力（Hc）是磁性元件中的消磁力，降低进入磁饱和态后的磁感应B单位：Oe（Oersted，每米安培匝数）,Hc,PartnerLogoHere,磁导率,是每单位体积磁性材料，在单位磁场下可以产生的磁通量。磁导率类似电学中导体的电导率概念。r=B/H,PartnerLogoHere,电感/变压器的测试,电感/变压器铁心损耗在线电感值B-H曲线分析,Time,Icore,VCore,PartnerLogoHere,MeasurementChallenge铁心损耗&B-H曲线分析,为提高性能而设计的磁性元件可能带来功率损耗了解这些元件的限制对于电源系统安全工作非常重要以前的测量仪器还不能解决这些问题,PartnerLogoHere,测