在實(shí)際的應(yīng)用中，工程師們經(jīng)常遇到需要進(jìn)行功率測(cè)量的場(chǎng)景，除卻專門的功率分析儀可以完成測(cè)量之外，日常使用的示波器也能為其所用。

   理論來(lái)說(shuō)功率等于電壓乘以電流，而示波器是電壓響應(yīng)儀器，如何來(lái)進(jìn)行功率分析呢？示波器配備電流探頭后，通過(guò)電流探頭把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，即可達(dá)到測(cè)量電流的目的，因此示波器可以測(cè)量功率。鼎陽(yáng)科技SDS2000X系列示波器具備功能完善的電源分析軟件。我們可以借助SDS2000X系列示波器方便、高效地分析開(kāi)關(guān)電源效率及可靠性。

那么具體如何操作呢？下面就手把手教大家如何用示波器測(cè)量功率。

先讓我們明確示波器功率分析能做到哪些功能:

1. 分析整體諧波失真、有效功率、視在功率、功率因素、波峰因素

2. 根據(jù)IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電流諧波測(cè)試

3. 測(cè)量開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。

4. 分析電流和電壓的轉(zhuǎn)換速率dl/dt和dV/dt

5. 自動(dòng)設(shè)置示波器紋波測(cè)量

6. 對(duì)脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行分析

一、測(cè)試內(nèi)容

   我們通過(guò)測(cè)試功率和分析諧波來(lái)展示SDS2000X的電源分析功能。

   功率測(cè)試：通過(guò)對(duì)電源輸入功率的計(jì)算可以了解到電源輸入端電壓與電流的情況，反映輸入端的電源能量消耗情況。

   諧波測(cè)試：由于電源諧波的產(chǎn)生會(huì)增大電源系統(tǒng)的諧波損耗，降低電源利用率，使電源負(fù)載等設(shè)備過(guò)載運(yùn)行，縮短使用壽命，也有可能發(fā)生諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致各個(gè)器件因電流過(guò)大或電壓過(guò)大而損壞，所以諧波參數(shù)測(cè)試和分析至關(guān)重要。

二、測(cè)試工具

1、SDS2000X (已開(kāi)通功率分析選件)

2、開(kāi)關(guān)電源模塊，可輸出24V直接電壓

3、高壓差分探頭DPB4080，高可測(cè)電壓1600Vpp

4、一個(gè)電流探頭CP4050，高可測(cè)電流70A

5、一個(gè)20W、50歐負(fù)載

三、測(cè)試前準(zhǔn)備

1、通道時(shí)滯校準(zhǔn)

   要進(jìn)行準(zhǔn)確的功率損耗測(cè)量，必須使用DF2001A時(shí)滯校準(zhǔn)裝置執(zhí)行電流和電壓通道時(shí)滯校準(zhǔn)。通道時(shí)滯校準(zhǔn)可校正電流和電壓探頭之間的時(shí)間延遲。開(kāi)始時(shí)需要執(zhí)行一次時(shí)滯校準(zhǔn)，并在任何硬件設(shè)置部分改變（例如，不同的探頭、不同的示波器通道等）或環(huán)境溫度改變后，均需再次執(zhí)行一次時(shí)滯校準(zhǔn)。時(shí)滯校準(zhǔn)界面如下圖1。

圖1 時(shí)滯校準(zhǔn)界面

按下圖，連接好之后，按下自動(dòng)消除時(shí)滯進(jìn)行校準(zhǔn)并等待校準(zhǔn)完成。如圖2所示。

圖2 時(shí)滯校準(zhǔn)

四、執(zhí)行電源分析

    使用電源分析對(duì)電源設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，需保證被測(cè)設(shè)備的正確連接，再通過(guò)信號(hào)設(shè)置以及其它的參數(shù)設(shè)置，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

五、電源質(zhì)量 

   電源質(zhì)量分析顯示 AC 輸入線的質(zhì)量。AC 的部分電流可能會(huì)流進(jìn)負(fù)載又從負(fù)載流出但不傳輸能量，這種電流稱為無(wú)功電流，會(huì)使“視在”功率上升，使其大于消耗的實(shí)際功率。電源質(zhì)量由下列測(cè)量進(jìn)行計(jì)量：AC 線的電流和電壓的均方根、功率因數(shù)、有效功率、視在功率、無(wú)功功率、波峰因數(shù)及相位角。 

六、示波器設(shè)置與電路連線

1、選定“電源質(zhì)量”。從分析菜單項(xiàng)選中“電源質(zhì)量”。 

2、將探頭連接到被測(cè)設(shè)備以及示波器。 

1）在電壓探頭上選擇100X的衰減。 

2）將電壓探頭D+ 連接到AC輸入端的火線。 

3）將電壓探頭D- 連接到AC輸入端的零線。 

4）將電流探頭連接到AC輸入端的火線，箭頭方向指向電流流動(dòng)方向，并設(shè)置 500mV/A的量程。 

5）將電壓和電流探頭分別連接到示波器CH1和CH2通道。 

6）作為參照同時(shí)接入SDM3065X測(cè)量其輸入電壓。

7）下圖3為實(shí)物連接圖

圖3 實(shí)物連接圖

3、按下“信號(hào)”軟鍵，進(jìn)入信號(hào)設(shè)置菜單。 

4、分別按下“電壓”和“電流”軟鍵，對(duì)應(yīng)設(shè)置CH1為電壓通道，CH2為電流通道。 

5、設(shè)置CH1的電壓衰減倍數(shù)為100X和CH2的電流衰減倍數(shù)為2X。 

6、按下“周期”軟鍵，設(shè)定一次采集中捕獲的小周期數(shù)為4。 

7、按下“自動(dòng)設(shè)置”軟鍵，示波器將會(huì)自動(dòng)設(shè)置電壓和電流通道的垂直電壓檔位、垂直偏移和水平電壓等。 

8、返回電源應(yīng)用分析菜單。 

9、在電源應(yīng)用分析菜單中，按下 “類型”軟鍵，然后旋轉(zhuǎn)旋鈕分別選擇電源質(zhì)量分析以下測(cè)量類型： 

電壓均方根：AC線電壓的均方根。 

電流均方根：AC線電流的均方根。 

功率因數(shù)：AC線有效功率與視在功率的比。 

有效功率： 在AC波形的完整周期上平均計(jì)算得到的部分功率通量，它在一個(gè)方向上產(chǎn)生能量的凈傳遞。 

視在功率：由于存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生的部分AC線功率通量，它在每個(gè)周期中都返回到源。視在功率=IRMS * VRMS。 

無(wú)效功率：視在功率和有效功率之間由于電抗而產(chǎn)生的差異。使用功率三角形（視在功率2=有效功率2 + 無(wú)效功率2），無(wú)效功率=（視在功率2 - 有效功率2）1/2。 

電壓波峰因數(shù)：是負(fù)載所需的瞬時(shí)峰值A(chǔ)C線電壓和RMS電壓之間的比率，也就是Vpeak/VRMS。 

電流波峰因數(shù)：是負(fù)載所需的瞬時(shí)峰值A(chǔ)C線電流和RMS電流之間的比率，也就是Ipeak/IRMS。 

相位角：在功率三角形（視在功率2=有效功率2 + 無(wú)效功率2）中，相位角是視在功率與有效功率之間的角，表示無(wú)用功率的量。相位角越小，無(wú)用功率就越小。

由于每屏幕多只能測(cè)量五組測(cè)試參數(shù)，因此通過(guò)兩屏進(jìn)行測(cè)試。一屏幕，測(cè)試電壓均方根、電流均方根、視在功率、有效功率、無(wú)效功率，測(cè)量結(jié)果為圖4

4、第二屏幕設(shè)置功率因素、電壓波峰因素、電流波峰因素和相角，測(cè)量結(jié)果為圖5

5、測(cè)試結(jié)果如下：

圖4 測(cè)試結(jié)果-1

圖5 測(cè)試結(jié)果-2

   為驗(yàn)證負(fù)載的實(shí)際功率。我們把SDM3065X作為電流表接入到負(fù)載電路中，如圖6所示；同時(shí)把高壓差分探頭和電流探頭接入到負(fù)載電路中。在功率分析中，選擇電壓均方根、電流均方根、有效功率。結(jié)果如圖7所示：

圖6 參考電流測(cè)試

圖 7 負(fù)載測(cè)試

七、測(cè)試結(jié)果

八、電源質(zhì)量分析

1、從表格可以看出萬(wàn)用表與高壓差分探頭測(cè)試的電壓相近。

2、電流探頭與萬(wàn)用表沒(méi)得的電源存在3毫安的差異。萬(wàn)用表作為精準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器且直接接入電路中，其測(cè)量非常準(zhǔn)確；電流探頭通過(guò)電磁變化測(cè)量其電流，說(shuō)明其測(cè)量精度也非常高。

3、可以計(jì)算得出此電源的效率為100%*10.78W/17.01W=63.37%。

九、電流諧波

    開(kāi)關(guān)電源在使用AC線路供電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列諧波，這些諧波會(huì)傳回AC線路，并導(dǎo)致AC線路上其他設(shè)備受干擾，因此電工委員會(huì)（IEC）針對(duì)使用AC線路不同的設(shè)備設(shè)定了其各個(gè)電流諧波的標(biāo)準(zhǔn)限值IEC61000-3-2。 使用電流諧波分析可對(duì)開(kāi)關(guān)電源的40次以內(nèi)的電流諧波是否滿足IEC61000-3-2（A、B、【C類不支持】D類）進(jìn)行分析。 

1、選定“電流諧波”。從“分析”菜單項(xiàng)選中“電流諧波”。

2、在電源應(yīng)用分析菜單中，進(jìn)入“設(shè)置”軟鍵，進(jìn)入設(shè)置菜單。 

3、在“線路頻率”菜單中，設(shè)定輸入線路的頻率為50Hz。 

4、在“標(biāo)準(zhǔn)”菜單中，選擇要在電流諧波上執(zhí)行符合測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。 

    ?IEC 61000-3-2 A類：適用于平衡三相設(shè)備、家用電器（除D類設(shè)備外）、工具（除便攜式工具外）、白熾燈調(diào)光器及音頻設(shè)備。 

?IEC 61000-3-2 B類：適用于便攜式工具。 

?IEC 61000-3-2 C類（不支持）：適用于普通照明設(shè)備。 

?IEC 61000-3-2 D類：適用于額定功率小于或等于600W的設(shè)備，類型如下：個(gè)人計(jì)算機(jī)顯示器和電視接收器。 

此次選定為A類

5. 返回電源應(yīng)用分析菜單。 

6. 按下“應(yīng)用”軟鍵，將執(zhí)行電流諧波分析。屏幕上會(huì)顯示使用Hanning窗計(jì)算的FFT波形，F(xiàn)FT波形顯示了輸入電流中的頻率分量。下圖即顯示了各諧波的測(cè)量值。

上下滑動(dòng)查看所有諧波測(cè)量值

圖8 各諧波的測(cè)量值

測(cè)試結(jié)果

         從表中可以了解到所測(cè)的電流諧波均滿足IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)限值。

十、總結(jié)

    從測(cè)量結(jié)果看，功率分析把電源質(zhì)量及諧波等性能參數(shù)均作了詳細(xì)測(cè)試且測(cè)量結(jié)果符合要求。以六位半萬(wàn)用表為測(cè)量參考也證明了示波器的測(cè)量非常精準(zhǔn)。因?yàn)槭静ㄆ鞯膸捄筒蓸勇识己芨?，所以示波器不但可以做穩(wěn)定分析，還可以做瞬態(tài)參數(shù)測(cè)試，如MOS管上升時(shí)間，開(kāi)關(guān)損耗等瞬態(tài)參數(shù)。而SDS2000X系列示波器均具備這些參數(shù)測(cè)量功能，可以充分滿足開(kāi)關(guān)電源的各種測(cè)試要求。我們將在后續(xù)的文章中對(duì)瞬態(tài)測(cè)試進(jìn)行進(jìn)一步的講解。

文章來(lái)源于鼎陽(yáng)硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試智庫(kù)