开关电源的测量中安全性解决方案

2011-10-25 11:24:29来源: 互联网

前言

  电源几乎对于每种外接电源的电子产品都必不可少,开关电源系统(SMPS)已成为数字计算、网络、通信系统中的主流结构。开关电源的性能(或者故障)就可能对一个昂贵的大型系统产生重要影响。

  要确保即将实现的SMPS设计可靠性、稳定性、兼容性、安全性,测量是唯一的办法。SMPS测量分为三个主要部分:有源器件测量、无源器件测量(主要是磁性元件)以及电源质量测试。有些测量可能要面对浮动电压和强电流;有些测量需要大量数学分析,才能得到有意义的结果。电源测量可能很复杂,特别是开关电源系统测量中安全技术为引人注目什么呐?应先从当今开关电源(SMPS)技术发展趋势与开关电源没计中的挑战说起。

  开关电源技术发展趋势的特点是:效率越来越高;功率密度越来越高;瞬时负荷;低电跃,高电流;宽带供电技术及符合EN6100003-4 A14标准。

  开关电源没计中面对提升开关电源效率,降低开关损耗;最大限度地降低磁性器件的功率损耗;需要更快的控制环路响应。必须提高开关电源系统可靠性,要有海量数据分析并符合宽带技术标准;需要简便易用、可靠的工具,以及定位问题。

开关电源系统

  大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源系统,因为它能够有效地应对变化负载。典型SMPS的电能“信号通路”包括无源器件、有源器件和磁性元件。SMPS尽可能少地使用损耗性元器件(如电阻和线性晶体管),而主要使用(理想情况下)无损耗的元器件:开关晶体管、电容和磁性元件。

  SMPS设备有一个控制部分,其中包括脉宽调节器、脉频调节器以及反馈环路等。控制部分可能有自己的电源。图1是简化的SMPS示意图,图中显示了电能转换部分,包括有源器件、无源器件以及磁性元件。

               

                                      图1 开关电源简化示意图

  SMPS技术使用了金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)与绝缘栅双极晶体管(IGBT)等功率半导体开关器件。这些器件开关时间短,能承受不稳定的电压尖峰。同样重要的是,它们不论在开通还是断开状态,消耗的能量都极少,效率高而发热低。开关器件在很大程度上决定了SMPS的总体性能。对开关器件的主要测量包括:开关损耗、平均功率损耗、安全工作区等。

开关电源系统的安全测量

  工业电源的安全测量应包括:测量高电压和高电流,测量三相电电路,处理浮动设备或具有不同接地的没备,检定数字控制电路,检定功率电子器件的瞬时功率分析、波形分析、相位角及开关损耗等均应符合行业标准和法定标准。

为什么不能使用传统示波器测量

  以交流供电的传统示波器是以“地为参考点的测量”,其含义是:交流供电的示波器必须与地线相接,探头的地线与示波器所有通道的参考点相连,从而接到地电位。而传统交流供电示波器“差分浮地测量”危险!

  我们测量的Vc-d=(Va-b+V地环路电压)-V地环路电压(共模)。

  通过用切断标准三头AC插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器,切断中线与地线的连接。将示波器从保护地线浮动起来,以减小地环路的影响。这种方法其实并可行,因为在建筑物的布线中其中线也许在某处已经与地线相连。是不安全的测量方法,会带来人身伤害和仪器和电路损坏!

  不能使用传统示波器测量技术的原因如下:

  ·分布电容和电感降对待测点带来超过100pf的感性负载,可能造成电路损坏!

  故不可用剪断示波器接地线的方法迸行差分测量!也不可使用隔离变压器进行差分测量!

  ·分布电容和电感还可能带来原本没有的振铃! 见图2(a)所示。

        

      图2a 寄生电感和电容引起振荡会使信号失真,导致测量无效。

  ·示波器在没有接地的情况下,其电磁兼容特性降达不到设计要求,可能干扰待测电路或受到空间电磁波的干扰,影响测量结果!

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关键字:开关电源  安全性

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1025/article_3780.html
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