开关电源的最大效率验证和检定

　　在图3中，通道1（$轨迹）是互感器电压，通道2（蓝色轨迹）是初级电流，通道3（金色轨迹）是次级电流。软件根据来自通道2和通道3的数据来确定励磁电流。某些功率测量软件还能精确地绘制磁性元件的磁滞曲线图，并检定其特性。在软件绘制磁滞曲线图前，必须先输入磁芯的圈数、磁长度和横截面积。

　　探测考虑因素

　　采用示波器测量功率的话，必须测量MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）开关设备漏极到源极节点的电压和电流或IGBT（绝缘栅双极晶体管）集电极到发射极节点的电压和电流。这就需要高压差分探针和电流探针。每个探针都有各自的特性传播时延。两个时延之间的差或偏移会造成功率测量不准、定时测量失真。

　　了解探针传播时延对最大峰值功率和面积测量的影响具有重要的意义。毕竟，功率是电压和电流作用的产物。如果两个相乘变量不是完全时序一致，结果则是错误的。探针没有正确地进行偏斜校正时，测量结果（如开关损耗）的准确性会变差。例如，图4显示的是在没有先对两根探针进行偏斜校正的情况下工程师测出的结果（5.141W）。图5中所示结果则证明了探针偏斜校正的重要性。本例表明偏移会造成5.3%的测量误差。进行准确的偏斜校正会减小峰-峰功率损耗的测量误差。

　　有些功率测量软件可自动对选中的探针组合进行偏斜校正。它通过有源信号调整电压通道和电流通道之间的时延，从而消除在探针之间产生的传播时延。静态偏斜校正（如可用）功能实现的基础是特定电压探针和电流探针具有恒定而重复的传播时延。静态偏斜校正功能根据选定探针的传播时间嵌入表自动调整选定电压通道和电流通道之间的时延。

　　此外，差分探针和电流探针可存在小幅偏差。由于偏差会影响精确度，开始测量之前应该先消除偏差。一些探针本身植入了自动消除偏差的方法。这种探针与示波器一起使用，可消除信号通道中的任何直流偏移误差。电流探针互感器的磁芯中可产生大量输入电流，通过消磁可除去残余的全部直流磁通。

　　电力线路

　　对AC/DC电源而言，电力线路测量（如电能质量和线路谐波等）对检定开关电源的相互作用及其使用环境有重要的意义。实际上，电力线路总是存在失真和杂质，所以从未供应过理想的正弦波。而且，开关电源对源呈现出非线性负载的特性，因此，电压波形和电流波形是不理想的。开关电源会吸引输入周期某部分的电流，使输入电流波形生成谐波。确定这些失真因素的影响是电力工程设计中的重要组成部分。

图5 在对图4中的信号进行偏斜校正后，峰值振幅增大到5.415W或5.3%以上

图6 显示的是电源负载电流的谐波分析结果。

　　软件自动计算电流谐波，确定与基本值和均方根值相对的总谐波失真度（THD）

　　为了确定电力线路的功率消耗和功率失真，要测量输入阶段的电能质量。工程师传统上采用功率表和谐波分析器来测量电能质量，而带功率测量软件的数字示波器成为一项更好的选择。

　　示波器有许多优点。测试仪器必须最高能捕捉到谐波元件基波的第50次谐波。根据适用的本地标准，电力线路频率通常是50Hz或60Hz。有时应用于军事和航空电子领域时，线路频率可为400 Hz。信号畸变可包含更好的频率，具有高取样速率的现代示波器能捕捉大分辨率的快速变化事件。相比之下，常规功率表因反应较慢，会忽略信号的细节。示波器的记录长度基本上足以采集完整的周期，即便是在高取样分辨率时。

　　电流谐波

　　开关电源容易产生以异次序为主的谐波，异次序谐波能返回电网，随着越来越多的开关电源接到电网中，这种效应开始累积。举例来说，当办公室新添更多的台式电脑时，传回电网的谐波失真总比例会增大。失真造成热量在电网的电缆和变压器中聚积，所以最大程度的减少谐波就变得尤为重要。EN/IEC61000-3-2等规范性标准规定了特殊非线性负载的电能质量。

　　采用带功率测量软件的示波器，谐波分析就跟普通的波形测量一样简单。 图6显示的是电源负载电流的谐波分析结果。在这种情况下，软件自动计算电流谐波并确定重要的值，如与基本值和均方根（RMS）值相对的总谐波失真度（THD）。上述测量有助于分析其是否符合EN/IEC61000-3-2和军事标准1399等标准。部分软件会自动将测量结果与标准进行比较，以便快速检查设备是否合格。

　　几乎每种电子产品的组成中都有电源，开关电源因高达90%的节能效率，已经成为市场的主流。为了验证和检定开关电源的设计以确保其能在实际环境中发挥良好的功能，常需测量开关功率损耗、磁功率损耗以及电能质量和电力谐波。虽然电源测量是复杂的，具有适当的探测工具和自动化测量软件的示波器可使测量变得简单。