對于電源工程師來說,我們用對示波器應用應該比較熟悉,但是用示波器調試開關電源有其特殊的注意事項,如果忽略了這些,不僅得不到準確的測量結果,而且還可能對測試者造成危險。令我吃驚的是,很多人對此了解不多,因此我覺得有必要把這些寫下來,可以在此做個介紹,另外再次申明,這些都是個人的理解,可能有不對的地方,歡迎大家討論
一、 傳統示波器
對于傳統的示波器,電源插頭是三線的(火線零線和地線)。這樣,示波器探頭的地、示波器的機殼都連接到了大地上,如果直接用這種示波器來測試開關電源,會帶來很大的危險,如圖1所示:
圖1
在圖一中,假設我希望測量MOS管VDS的波形,那么我探頭的地線就會連接到TP2這個測試點上,又由于探頭的地線是和大地相連的,那么實際上我是將MOS管的S極對大地短路了,這樣不僅會損害MOS管,而且也可能對示波器造成危害。所以,用傳統示波器直接測量的方法是非常不可取的。
二、 將示波器浮地的危害
為此,比較常見的解決方案是將示波器的地線去掉,即讓示波器浮地,如圖2所示。
圖2
但是這種解決方案是很不好的,不僅存在安全隱患,而且還會降低示波器的測試精度,引起不必要的EMI的問題。
(1) 危險性
圖3
如圖3所示,將示波器浮地后,示波器機殼的電位就等于探頭地線的電位。在測量開關電源時,如果探頭地線的電位是高壓(這在測量半橋或者全橋上管DS電壓時經常出現),那么示波器機殼上也帶了高壓;盡管現在示波器外殼大部分使用塑料包裹的、絕緣的,但是幾個通道的插口還是金屬裸露在外的,那么此時人觸碰上就會有觸電的危險。
(2) 降低測量精度
根據泰克公司的應用筆記,將示波器浮地后,探頭的寄生電容約增加100pF,這顯然會降低示波器的測量精度,引起不必要的EMI問題。
而在實際實習過程中,我們也遇到了這種情況,我和另一個實習生,用一臺浮地的示波器測量開關電源的輸出紋波,居然為120mV,而將示波器接地后就變成30mV了。所以很明顯可以看出將示波器浮地后大大降低了測量精度,同時也會誤導電源設計人員,增加許多不必要的工作量。
三、 較好的解決方案
(1)示波器是應該接地的,接地不僅是對示波器的保護,也改善了示波器對外界磁場的抗干擾能力。
(2)應采用差分探頭,差分探頭本身就是對地隔離的,可有效防止開關電源通過示波器對地短路。
(3)或者購買本身就具有通道隔離功能的示波器,如泰克公司的TPS2000系列。
四、 參考文獻:
泰克公司的應用筆記:Floating Oscilloscope Measurements And Operator Protection