如何高效的进行电源测量和分析(2)
谐波
当非线性器件使流入电路的电流失真时，就会发生电流谐波。线性电路只在基础工频吸收电流，但非线性电路在基础频率的倍数上吸收电流，每个谐波有不同的幅度和相位。
在电流与谐波流经配电系统的阻抗时，会产生电压失真。热量会在线缆和变压器中积聚，在连接到电网的开关电源数量提高时，电网上的谐波失真也会提高。
因此，业内已经设计了多项标准，限制非线性负载对功率质量的影响。业内已经开发了IEC61000-3-2和MIL-STD-1399之类的标准，来限制谐波。
IEC61000-3-2标准限制的是注入市电电源系统的电流谐波。它适用于每一相输入电流最高16A、连接到公共低压配电系统（230V AC或415V AC三相）的所有电气和电子设备。该标准进一步分成A级（平衡三相设备）、B级（便携式工具）、C级（照明设备和调光装置）和 D级（拥有独特的电流波形要求的设备）。
MIL-STD-1399对设备（负载）提出了技术规范和测试要求，以保持兼容舰载AC功率系统，从计算机和通信设备直到空调。
图 1 设置基本电流谐波分析只要求几个简单的设置。这个实例显示了针对行业标准进行预一致性检查的设置
4/5/6-PWR分析应用可以简便地测量电流谐波。它可以以表格方式和图形方式显示测量结果。设计人员还可以在认证之前，迅速比较器件性能与满足的标准，因为认证通常会耗费大量时间，而且成本非常高。在示波器中提供测量功能，不仅可以加快调试速度，还可以帮助避免最后再为了满足法规要求而改变设计。
图 2 使用4/5/6-PWR获得的谐波结果。右下方可以看到非正弦电流波形及谐波。谐波条形图用分贝显示了谐波内容。奇数谐波最明显，但完全落在IEC 61000-3-2极限范围内
进行测量
使用差分电压探头测量工频电压，使用电流探头测量工频电流。
如果您想比较设计中的谐波与IEC 61000-3-2标准中的极限，那么必须确定工频，必须选择等级类型。在C级和D级标准中，还需要把输入功率、功率因数和基础电流输入到系统中。分析软件包将加载预先确定的极限表，对比测得谐波与极限，然后将显示预一致性测试结果，如图3所示。
图 3 可以以图形方式显示最多400个谐波。表中显示了IEC 61000-3-2预一致性测试结果。根据设置，分析软件包将加载预先确定的极限表，对比每个测得的谐波与极限
测量结果
• Results标签显示了选择的谐波标准、基础谐波和三阶谐波幅度、THD-F、THD-R、RMS值和通过/未通过状态。
• 可以选择各个谐波，测量值在结果标签、柱状图和结果表之间链接起来。
• 谐波表包括：
- 选择的谐波标准
- 谐波数和频率
- 幅度（RMS）：谐波测得的RMS幅度值，单位为dBμA或A
- 幅度（%）：相对于基础频率的谐波测得幅度
- 相位：相对于频率基准的谐波相位，单位为度
- 极限：指定标准规定的谐波极限
- 状态：预一致性测试通过/失败状态
- 裕量：实测值与极限之差
• 电流谐波可以用分贝微安（dBμA）或安培（A）为单位显示
图 4 对通道7上的电流执行自动浪涌电流测量和电容测量
浪涌电流和输入电容
通常，浪涌电流会在首次通电时出现。电源转换器在其输入电容充电时会汲取相对较高的电流。初始浪涌之后，除非发生其他系统变化，否则电流将维持在稳定状态。浪涌电流测量可提供有关电源设计的重要信息，包括保护器件的尺寸。在极端情况下，浪涌电流会导致交流线路电压骤降。
此功率分析软件支持自动浪涌测量。功率分析软件会识别浪涌区域并在显示器上标注，最后计算该区域内的浪涌电流。
由于示波器会对电压和电流波形进行数字化处理，因此软件还可通过积分电流找到电荷，然后使用等式 c=q/v 测量系统的输入电容。除了分析电源启动的特性之外，动态电容测量还有助于分析切换装置中的栅极充电行为。与其他电容测量技术相比，我们使用即时电流和电压波形测量工作条件下的总电容。
浪涌电流和输入电容直接相关，且两者均可提供重要的详细信息，让工程师充分了解电源转换器的启动特性。
图 5 电源接通时会发生浪涌。电流波形在达到稳定状态之前呈现出逐渐减小的峰值
图 6 使用4/5/6-PWR进行开关损耗测量。把瞬时功率的电流和电压相乘，可以得到上方轨迹（橙色）
损耗测量在瞬时功率波形上执行。每个损耗区域都用带颜色的标记标出，标记与测量标签对应。底部波形是开关上的电压和流经开关的电流。
开关分析
电源开关阶段的测量确认转换器是否正确运行，量化损耗来源，确认器件在正常范围内工作。
开关损耗测量
在各种物理电容器和寄生电容器充电时，会发生开通损耗，电感器会产生磁场，会发生相关的瞬态电阻损耗。同样，在开关电源关断时，即使市电已经拔下，仍会有能量放电并与各种元件交互，因此也会发生损耗。
进行测量
为了进行开关损耗测量，示波器必须测量经过开关上的电压和流经器件的电流。开关损耗结果如图6所示。
测量结果
• Ton：每个周期开通功率和能量损耗值的均值
• Toff：每个周期关断功率和能量损耗值
• Total：每个周期总平均功率损耗和平均能量值
• 左右箭头按钮可以遍历开关周期，放大查看问题区域
• 还可以在结果表中查看测量数据。这个表格会显示所有开关周期的累积测量结果，迅速进行复核。
图 7 Rds（on）测量 Ch1（黄色）波形是FET V DS电压，Ch2（青色）波形是FET电流。波形会在相位上呈现反相的状态，以正确指示导通区域中的电流更大。“数学”功能将会绘制RDSon值，且结果标签会显示根据数学波形计算的最小RDSon值。在图示这种情况下为1.13mOhms
Rds（on）
当开关器件处于导通状态并正在传导电流时，此测量可分析漏极至源极电阻特性。动态导通电阻是指器件导通时两端的电压与流经装置的电流之比。您可以使用游标选通功能准确地测量RDS（on），这是导致开关器件损耗的重要原因。
图 8 晶体管的安全工作区(SOA)图
安全工作区
开关晶体管的安全工作区（SOA）决定着电压一定时可以安全流经晶体管的电流。SOA通常在BJT、MOSFET或IGBT开关晶体管的产品技术资料中作出规定。它表示为VCE（对FET为VDS）相对于ICE（或IDS ）关系图，描述了晶体管在不劣化或不损坏的情况下可以工作的范围。
功率分析软件可以把器件产品技术资料中的SOA上传到4系列B MSO中，然后您可以在实际器件上，测量电压和电流。示波器记录V-I图，可以指明任何参数是否超出SOA。
进行测量
在电源中运行晶体管时，确定晶体管的SOA的主要挑战之一，是在各种负载场景、温度变动和工频输入电压变化下准确地捕获电压和电流数据。4/5/6-PWR自动实现数据捕获和分析，简化了这一任务。测量要求探测开关晶体管上的电压和流经的电流。
图 9 使用4/5/6-PWR进行SOA测试。如果数据点落在模板区域内，那么它们是黄色的，表示“通过”；如果落在模板区域外面，那么它们是红色的，表示“未通过”。在本例中，V-I曲线落在SOA外面，表明开关器件受到的压力过大
下一步是设置SOA模板，如图15所示，SOA模板编辑器允许输入晶体管的SOA极限，极限在晶体管产品技术资料中确定，或由您自己的标准确定。
图 10 SOA模板编辑器窗口。模板由一套（电压 , 电流）坐标确定，坐标来自开关器件产品技术资料，也可以由用户自己确定
测量结果
在设置完成后，会显示SOA测试结果，如图9所示。电压和电流波形在XY模式下在一条记录中绘制。示图显示了一个采集周期的所有数据。
结果标签显示了器件落在SOA模板外面的次数，给出了测试通过/未通过结果。
转载于泰克科技
