如何用示波器对开关电源进行检测？

1.示波器和电源测量

整个开关设备的电压可能很高，而且是“浮动的”，也就是说，不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会变化。必须如实捕获并分析波形，发现波形的异常。这对示波器的要求是苛刻的。

多种探头——同时需要单端探头、差分探头以及电流探头。仪器必须有较大的存储器，以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。

2.开关电源基础

大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源(开关电源)，它因为能够有效地应对变化负载而众所周知。典型开关电源的电能信号路径包括无源器件、有源器件和磁性元件。

开关电源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。

开关电源设备还有一个控制部分，其中包括脉宽调制调节器脉频调制调节器以及反馈环路1等组成部分。控制部分可能有自己的电源。图1是简化的开关电源示意图，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。

3.准备进行开关电源的测量

一定要选择合适的工具，并且设置这些工具，使它们能够准确、可重复地工作。当然示波器必须具备基本的带宽和采样速率，以适应开关电源的开关频率。电源测量最少需要两个通道，一个用于电压，一个用于电流。有些设施同样重要，它们可以使电源测量更容易、更可靠。

测量一次采集中的100伏和100毫伏电压

要测量开关器件的开关损耗和平均功率损耗，示波器首先必须分别确定在断开和开通时开关器件上的电压。

为了准确地进行开关器件电源测量，必须先测量断开和开通电压。然而，典型的8位数字示波器的动态范围不足以在同一个采集周期中既准确采集开通期间的毫伏级信号，又准确采集断开期间出现的高电压。要捕获该信号，示波器的垂直范围应设为每分度100伏。

在此设置下，示波器可以接受高达1000V的电压，这样就可以采集700V的信号而不会使示波器过载。使用该设置的问题在于最大灵敏度(能解析的最小信号幅度)变成了1000/256，即约为4V。

有的示波器软件可以解决这个问题，用户可以把设备技术数据中的RDSON或VCEsat值输入图4所示的测量菜单中。如果被测电压位于示波器的灵敏度范围内，也可以使用采集的数据进行计算，而不是使用手动输入的值。

4.消除电压探头和电流探头之间的时间偏差

要使用数字示波器进行电源测量，就必须测量MOSFET开关器件(如图2所示)漏极、源极间的电压和电流，或IGBT集电极、发射极间的电压。该任务需要两个不同的探头：一支高压差分探头和一支电流探头。后者通常是非插入式霍尔效应型探头。

这两个延迟的差(称为时间偏差)，会造成幅度测量以及与时间有关的测量不准确。一定要了解探头传输延迟对最大峰值功率和面积测量的影响。探头没有正确进行“时间偏差校正”时，开关损耗之类测量的准确性就会影响。

有的电源测量软件可以自动校正所选探头组合的时间偏差。软件控制示波器，并通过实时电流和电压信号调整电压通道和电流通道之间的延迟，以去除电压探头和电流探头之间传输延迟的差别。

还可以使用一种静态校正时间偏差的功能，但前提是特定的电压探头和电流探头有恒定、可重复的传输延迟。静态校正时间偏差的功能根据一张内置的传输时间表，自动为选定探调整选定电压和电流通道之间的延迟。该技术提供了一种快速而方便的方法，可以将时间偏差降至最小。

5.消除探头零偏和噪声

差分探头和电流探头可能会有很小的偏置。应在测量前消除这一偏置，因为它会影响测量精度。某些探头采用内置的自动方法消除偏置，其它探头则要求手动消除偏置。

6.消除偏置

大多数差分电压探头都有内置的直流零偏修整控制，这使消除零偏成为一件相对简单的步骤：准备工作完成之后，接下来：

将示波器设置为测量电压波形的平均值；选择将在实际测量中使用的灵敏度(垂直)设置；

不加信号，将修整器调为零，并使平均电平为0V(或尽量接近0V)。相似地，在测量前必须调节电流探头。在消除零偏之后：将示波器灵敏度设置为实际测量中将要使用的值；

关闭没有信号的电流探头；将直流平衡调为零；把中间值调节到0A或尽可能接近0A；

注意，这些探头都是有源设备，即使在静态，也总会有一些低电平噪声。这种噪声可能影响那些同时依赖电压和电流波形数据的测量。有的示波器包含一项信号调节功能(图10)，可以将固有探头噪声的影响降至最低。

7.记录长度在电源测量中的作用

示波器在一段时间内捕获事件的能力取决于所用的采样速率，以及存储采集到的信号样本的存储器的深度(记录长度)。存储器填充的速度和采样速率成正比。如果为了提供详细的高分辨率信号而将采样速率设得很高，存储器很快就会充满。

对很多开关电源电源测量来说，必须捕获工频信号的四分之一周期或半个周期(90或180度)，有些甚至需要整个周期。这是为了积累足够的信号数据，以在计算中抵消工频电压波动的影响。

8.识别真正的Ton与Toff转换

为了精确地确定开关转换中的损耗，首先必须滤除开关信号中的振荡。开关电压信号中的振荡很容易被误认为开通或关断转换。这种大幅度振荡是开关电源在非持续电流模式(DCM)和持续电流模式(CCM)之间切换时电路中的寄生元件造成的。

图11以简化形式表示出了一个开关信号。这种振荡使示波器很难识别真正的开通或关断转换。一种解决方法是预先定义信号源进行边沿识别、参考电平和一个迟滞电平。信号复杂度和测量要求不同，将测得信号本身作为边沿电平的信号源。或者，也可以指定某些其它的整洁的信号。

扩展资料

在某些开关电源设计(如有源功率因数校正变流器)中，振荡可能要严重得多。DCM模式大大增强了振荡，因为开关电容开始和滤波电感产生共振。仅仅设置参考电平和磁滞电平可能不足以识别真正的转换。

这种情况下，开关器件的栅极驱动信号可以确定真正的开通和关断转换，这样就只需要适当设置栅极驱动信号的参考电平和磁滞电平。

参考资料来源：百度百科-示波器

一般示波器的输入电压最大为250V，是在通过示波器探头上衰减10倍，然后将示波器电压档位选择在5V这样可以测出小于250V的信号，如果信号大于250V时，可以使用电阻分压来把输入限制在250V以内，否则示波器是不安全的。
普通开关电源是直接将220V变成300V直流，调制时通过小于30V的信号控制IGBT或者其它开关，如果你要测试这个开关信号，直接用示波器测就行了，经过变压器后的信号，基本都可通过示波器直接测的，只是不要忘记将表笔上的衰减选择在10倍上。

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

一般示波器的输入电压最大为250V，是在通过示波器探头上衰减10倍，然后将示波器电压档位选择在5V这样可以测出小于250V的信号，如果信号大于250V时，可以使用电阻分压来把输入限制在250V以内，否则示波器是不安全的。
普通开关电源是直接将220V变成300V直流，调制时通过小于30V的信号控制IGBT或者其它开关，如果你要测试这个开关信号，直接用示波器测就行了，经过变压器后的信号，基本都可通过示波器直接测的，只是不要忘记将表笔上的衰减选择在10倍上。

最好在测试的开关电源前加装1：1隔离变压器，这样不会因为与示波器探头的接地点参考电位问题发生危险。

如果你对电源的线路很清楚，也可以直接测量的，220V的交流电，普通表笔也没有太大问题。但非常要紧的一点是，表笔的参考接地点千万不要接错了。我们在实际使用中一般在示波器供电处加一个隔离变压器，这样在测量时就不用考虑参考点的问题了，工作起来方便，当然这样也是不规范的，表笔及整个示波器有可能会处于高电位。测量比较危险的高电压时，那必须要用隔离型差分探头。