滿(mǎn)足業(yè)界在電源設計、排障和測試方面的需要
在最近幾年由于整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都改用開(kāi)關(guān)電源“功率測量”的定義也有所改變而且需要此類(lèi)測量的設計應用在數量上也隨之改變。
當今的電源設備除了必須提供性能和可靠性外還必須符合國家和區域的供電質(zhì)量標準(如美國的IEEE519.1992規范)。在設計和生產(chǎn)作業(yè)中工程師不僅必須鑒定功率電平、輸出純度和諧波反饋到線(xiàn)路中的情況而且還須測量高頻開(kāi)關(guān)設備輸出、噪聲電平、功率特性等指標。
由于示波器能夠輕易地滿(mǎn)足這些方面的應用需要故已成為電源設計和排障的首選工具。TDS3000B示波器可以：
·同時(shí)進(jìn)行電壓電流和功率測量
·安全地測量浮地電壓
·提供諧波測量值
·使測量工作簡(jiǎn)便并且安全
TDS3000B數字熒光示波器的優(yōu)點(diǎn)
TDS3000B系列數字熒光示波器(DPO)配有快速傅里葉變換應用模塊(TDS3FFT)不僅據有高的帶寬和波形捕獲速率而且具有高級分析能力可全面滿(mǎn)足當今的功率測量設計、排障和測試需要。此外數字熒光示波器還與多種探頭兼容其中包括無(wú)源(電壓)探頭有源FET探頭、電流探頭、差分探頭以及高壓探頭等。后一種探頭類(lèi)型可以安全地與無(wú)接地(浮地)電路連接。其內裝式TekProbe接口能以適當的測量單位(伏特毫安等)自動(dòng)地提供標度正確的讀數從而簡(jiǎn)化了功率測量工作程序。
諧波測量與顯示
電源諧波測量需要一種可顯示信號各種頻譜分量的測量工具。TDS3000B的諧波顯示功能可揭示諧波與基頻的相對量值。裝上可選的快速傅里葉變換應用模塊(FFT)后TDS3000B傭示波器就可提供此類(lèi)讀數。它所提供的高級分析功能可將時(shí)域捕獲信號轉換為一種真實(shí)諧波顯示。在50和60Hz電源線(xiàn)上進(jìn)行諧波測量時(shí)這一功能至關(guān)重要。
具有可處理最快頻率的帶寬
開(kāi)關(guān)晶體管和|GBT電路、噪聲和瞬態(tài)信號都需要一臺示波器能夠精確而可靠地捕獲電源信號。轉換頻率隨著(zhù)每一代新電源設備的出現而不斷加快因此觀(guān)測這些信號需要極高的帶寬。TDS3000B數字熒光示波器(DPO)各類(lèi)機型提供從100MHz至50MHz不同帶寬足以滿(mǎn)足用戶(hù)在測量速度最快的電源換接頻率方面的帶寬要求。
數字熒光示波器(DPO)能可靠地捕獲和顯示瞬態(tài)信號
判斷示波器是否能可靠地捕獲到瞬態(tài)信號不僅要看其帶寬而且要看其波形捕獲速率即示波器在每秒內觸發(fā)、編譯波形、繪制新顯示、以及重新準備下次觸發(fā)的次數。
TDS3000B示波器的波形捕獲速率遠遠超過(guò)數字存儲示波器(DSO)這意昧著(zhù)捕獲瞬態(tài)信號的可能性更大。由于DP0的亮度層次數字熒光顯示可突出顯示這類(lèi)信號最常出現的區域因此可較容易地將偶爾出現的瞬態(tài)信號與背景波形的特點(diǎn)區分開(kāi)來(lái)。
用TDS3000B測量瞬時(shí)功率
鑒定開(kāi)關(guān)晶體管中的瞬時(shí)功率耗散情況幾乎是每一種電源設備設計過(guò)程中不可缺少的環(huán)節。在選擇部件時(shí)(如圖1中的功率MOSFEt)即有成本效益又能可靠地耐受最?lèi)毫幼鳂I(yè)條件是至關(guān)重要的。選擇過(guò)程包括在測
量電流的同時(shí)可進(jìn)行浮地測量。TDS3000B示波器的TekProbe接口與P5205高壓差分探頭和TCP202電流探頭相兼容其它探頭可提供用于更高的電流測量。這種匹配所提供的測量結果格外精確。
高壓差分探頭之所以重要是因為相關(guān)電壓(M0SFET電路上的Vds)接在晶體管的漏-源端子上而且二者均未接地。就像絕大多數示波器一樣TDS3000B不能直接測量浮地信號。因此在用TDS3000B進(jìn)行安全的浮地測量時(shí)需要使用差分探頭。P5205探頭可接受無(wú)接地信號并向示波器的輸入提供單端接地信號。
進(jìn)行功率測量前可能需要通過(guò)一種被稱(chēng)為“偏移校正”(deskewing)的程序均衡電壓和電流探頭之間的延遲。P5205和TCP202探頭的固有偏移校正匹配值在±2ns之內可最大限度地減少延遲誤差但其它探頭則需要進(jìn)行偏移校正。這一步驟至關(guān)重要因為電壓和電流軌跡定時(shí)上哪怕是有很小的偏移也會(huì )在瞬時(shí)功率讀數中造成很大的誤差。
TDS3000B示波器的偏移校正存儲器可存儲探頭間的延遲差。在一對探頭上進(jìn)行偏移校正時(shí)須用同一脈沖激勵兩個(gè)探頭然后使用光標測量時(shí)間差，最后將信息輸入到偏移校正存儲器中(通過(guò)Vertical
MENU可進(jìn)入此選項單)。此步驟用于儲存所用探頭對的延遲數值。
探頭經(jīng)過(guò)偏移校正后便可按圖1所示(開(kāi)關(guān)電源中常見(jiàn)的一種功率MOSFET電路)進(jìn)行連接。
TDS3000B示波器的AutoseT(啟動(dòng)設置)功能可用于設置初始波形顯示。Autoset能通過(guò)自動(dòng)調節量程和標度而在屏幕上顯示波形。TDS3000B示波器的彩色液晶屏幕(LCD)可用不同的顏色顯示電壓電流和功率波形從而消除了常見(jiàn)的混淆問(wèn)題。由于具備TekPROBE接口，所有三個(gè)波形的讀數和標度都很準確完全不需任何解譯。
功率波形只是電壓和電流波形的逐點(diǎn)乘法運算(CH1×CH2)而己。按一下TDS3000B示波器的波形MATHf數學(xué)運算j按鈕就可使用數學(xué)運算功能。數學(xué)運算功能將兩個(gè)波形用作變數。圖2所示為運算結果。電壓電流和功率波形均以適當的測量單位顯示。最大的瞬時(shí)電壓電流和功率可用Max(最大值)測量功能顯示使用時(shí)可按一下MEASURE鍵。
排除電源設備故障
數字示波器在功率測量領(lǐng)域中很常見(jiàn)但TDS3000B的數字熒光捕獲技術(shù)在排障工作中具有其獨特的優(yōu)勢尤其是在鑒定開(kāi)關(guān)電源中的調制效應時(shí)。
TDS3000B的波形捕獲速率是典型的數字存儲示波器(DSO)的五十倍。在鑒定調制效應時(shí)它具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先TDS3000B可相對增加工作時(shí)間從而縮短了顯示前的波形處理時(shí)間。因此示波器捕獲調制信息的機會(huì )增加了幾百倍。其次數字熒光顯示功能可使用戶(hù)更容易地實(shí)時(shí)觀(guān)察調制的波形。TDS3000B的屏幕可突出顯示信號軌跡相交較頻繁之處就像模擬示波器一樣。調制信號比持續重復的主波形暗淡。
用TDS3000B觀(guān)察調制效應的方法非常簡(jiǎn)單。圖3所示為某電源設備上用于控制電流型控制回路的調制信號。在反饋系統中調制對回路的控制十分重要。但是過(guò)多的調制則會(huì )使回路變得不穩定。請注意該波形在調制較少的區域中比較暗淡。
用TDS3000B捕獲瞬態(tài)信號也很簡(jiǎn)單。示波器的Edge Trigger(邊沿觸發(fā))功能可提供斜率、電平、耦合和觸發(fā)延遲設置所需要的靈活性。如果被測電源已經(jīng)集成到系統設備中，超聲波探傷儀維修可能需要在系統的其它地方在有“問(wèn)題”的信號上觸發(fā)并監視電源上的測試點(diǎn)以查看是否同時(shí)出現瞬態(tài)信號。
當然電源設備的直流輸出也需要純凈而無(wú)瞬態(tài)信號出現。TDS3000B示波器的ROLL(滾動(dòng))模式結合使用Peak Detect(峰值檢測)功能是觀(guān)察慢速信號或直流電平的畸變的最佳工具。ROLL模式可緩慢地從右至左滾動(dòng)軌跡動(dòng)作很像紙條圖表記錄器可在很低的掃描速率下產(chǎn)生清晰而明亮的軌跡。PeakDetect功能可使示波器能夠捕獲到窄至1ns的毛刺即使在很慢的掃描速率下也不例外。將這兩個(gè)功能結合使用時(shí)就可生成一條穩定而清晰可見(jiàn)的軌跡即刻揭示瞬態(tài)信號情況。
測量線(xiàn)路諧波
測量線(xiàn)路諧波是當今設計工作中的一項關(guān)鍵任務(wù)。開(kāi)關(guān)電源往往產(chǎn)生奇次諧波并返回到電網(wǎng)中。其效應是累積性的;當越來(lái)越多的開(kāi)關(guān)電源與電網(wǎng)相連時(shí)(如某辦公室增置了更多的臺式計算機)返回到電網(wǎng)的諧波失真的總比率就會(huì )上升。由于這種諧波失真會(huì )導致電網(wǎng)輸電線(xiàn)和變壓器溫度升高故需最大限度地減少諧波。在監控供電質(zhì)量方面須按照有關(guān)當局制訂的標準(如IEC1000.3.2)進(jìn)行測量。
配備了TDS3FFT應用模塊后TDS3000B示波器便可成為功能強大的諧波分析工具。與市上的專(zhuān)用諧波分析器相比具有FFT功能的示波器的成本效益要好得多這等于在用一個(gè)用戶(hù)熟悉的測量?jì)x器做另一種測量工作。TDS3FFT模塊采用快速傅里葉變換(FFT)算法能夠象頻譜分析儀一樣顯示信號頻率分量甚至可在屏幕上同時(shí)顯示信號波形和頻域當量這種功能十分有用。
TDS3FFT模塊可提供FFT專(zhuān)用菜單從而簡(jiǎn)化了設置和測量工作程序。FFT菜單設在MATH按鈕菜單之下用戶(hù)可在有源信號或調用的存儲波形上使用FFT。
該作業(yè)程序并不比常規波形測量更復雜。本例中的信號是重重復性的周期波形(并非瞬態(tài)信號)所以只需觸發(fā)并且顯示。該波形的預相符性測試是根據IEC61000.3.2的標準進(jìn)行的。為了確保得到較好的頻率分辨率至少應顯示五個(gè)周期。而且須設定垂直標度以便屏幕上能夠顯示全信號幅度。
TDS3000B的用戶(hù)設置參數包括垂直標度和各種FFT窗口格式。用戶(hù)可選用矩形(Rectangular)、漢明(Hamming)、漢寧(Hanning)以及勃勒克曼-哈里斯(BlackmanHarris)四種窗口每種窗口適合于某種特定類(lèi)型的信號。在檢測周期重復性信號(如本例中的信號)時(shí)最好選擇漢明窗口。
用于FFT顯示的垂直標度可為線(xiàn)性標度或對數標度。線(xiàn)性標度是功率測量中較常用的標度。
圖4所示為在電源負載電流上進(jìn)行的諧波分析的結果。用戶(hù)可用TDS3000B的光標測量單一頻率分量的量值或頻率。用戶(hù)還可用ZOOM(縮放)功能放大FFT以便仔細觀(guān)察。使用ZOOM縮放功能并不影響捕獲作業(yè)(即觸發(fā)或時(shí)基設置等)；只是放大顯示而已。
在許多電源設計項目中驗證產(chǎn)品符合有關(guān)供電質(zhì)量規定是-個(gè)十分重要的環(huán)節。
TDS3000B示波器可提供各種輔助性工作所需的完整的儲存和打印能力。它具有專(zhuān)用的HARD COPY(硬拷貝)按鈕可以通過(guò)與TDS3000B的標準并行口連接的插入式打印機(選用設備)、噴墨或激光打印機印制屏幕圖像。用戶(hù)還可通過(guò)同樣的方式將屏幕圖像以各種出版格式(包括BMP、EPS、TIF及其它格式)存在軟盤(pán)上。這些格式與最常用的文字處理程序排版程序和幻燈片制作程序兼容。
結 論
功率測量已不再是功率計和諧波分析儀等專(zhuān)用工具的獨占領(lǐng)域。配備TDS3FFT應用模塊后TDS3000B數字熒光示波器就可以勝任電壓電流、功率和諧波測量工作還可用作電源設計和排障工作的一種多用途檢測工具。
