運用泰克示波器4系列B MSO進行諧波分析

當非線性器件使流入電路的電流失真時，就會發生電流諧波。線性電路只在基礎工頻吸收電流，但非線性電路 在基礎頻率的倍數上吸收電流，每個諧波有不同的幅度 和相位。

在電流與諧波流經配電系統的阻抗時，會產生電壓失真。熱量會在線纜和變壓器中積聚，在連接到電網的開關電 源數量提高時，電網上的諧波失真也會提高。

因此，業內已經設計了多項標準，限制非線性負載對功 MIL STD-1399之類的標準，來限制諧業內已經開發了IEC61000-3-2和率質量的影響。

IEC61000-3-2標準限制的是注入市電電源系統的電流 諧波。它適用于每一相輸入電流最高16A、連接到公共 低壓配電系統 (230伏交流或415伏交流三相 ) 的所有電氣 和電子設備。該標準進一步分成級 ( 平衡三相設備 )、 B級 ( 便攜式工具 )、C級 ( 照明設備和調光裝置 ) 和D 級 ( 擁有獨特的電流波形要求的設備 )。

MIL-STD-1399對設備(負載)提出了技術規范和測試 要求，以保持兼容艦載交流功率系統，從計算機和通信設 備直到空調。

圖1. 設置基本電流諧波分析只要求幾個簡單的設置這個實例。 顯示了針對行業標準進行預一致性檢查的設置

4/5/6-PWR分析應用可以簡便地測量電流諧波。它可以。 以表格方式和圖形方式顯示測量結果設計人員還可以。 在認證之前，迅速比較器件性能與滿足的標準，因為認 證通常會耗費大量時間，而且成本非常高。在示波器中 提供測量功能，不僅可以加快調試速度，還可以幫助避 免最后再為了滿足法規要求而改變設計。

圖2. 使用4/5/6-PWR獲得的諧波結果。右下方可以看到非正弦電流波形及諧波。諧波條形圖用分貝顯示了諧波內容。奇數諧波最明顯， 但完全落在IEC 61000-3-2極限范圍內。

進行測量

使用差分電壓探頭測量工頻電壓，使用電流探頭測量工頻電流。

如果您想比較設計中的諧波與IEC 61000-3-2標準中的極限，那么必須 確定工頻，必需選擇等級類型。在C級和D級標準中，還需要把輸入功率， 功率因數和基礎電流輸入到系統中分析軟件包將加載預先確定的極限。 表、對比測得諧波與極限、然后將顯示預一致性測試結果、如圖8所示。

圖3. 可以以圖形方式顯示最多400個諧波。表中顯示了IEC 61000-3-2預一致性測試結果。根據設置，分析軟件包將加載預先確定 的極限表，對比每個測得的諧波與極限。

測量結果

結果標簽顯示了選擇的諧波標準、基礎諧波和三階諧波幅度、thd-f、thd-r、RMS值和通過 / 未通過狀態。

可以選擇各個諧波、測量值在結果標簽、柱狀圖和結果表之間鏈接起來。

諧波表包括:

選擇的諧波標準

諧波數和頻率

幅度 (RMS):諧波測得的RMS幅度值，單位為dBμA或A

幅度 (%):相對于基礎頻率的諧波測得幅度

相位:相對于頻率基準的諧波相位，單位為度

極限:指定標準規定的諧波極限

狀態:預一致性測試通過 / 失敗狀態

裕量:實測值與極限之差

電流諧波可以用分貝微安 (db μ A) 或安培 (A) 為單位顯示

圖4. 對通道7上的電流執行自動浪涌電流測量和電容測量

浪涌電流和輸入電容

通常，浪涌電流會在首次通電時出現。電源轉換器在其 輸入電容充電時會汲取相對較高的電流。初始浪涌之后， 除非發生其他系統變化，否則電流將維持在穩定狀態。 浪涌電流測量可提供有關電源設計的重要信息，包括保 護器件的尺寸。在極端情況下，浪涌電流會導致交流線 路電壓驟降。

此功率分析軟件支持自動浪涌測量功率分析軟件會識。 別浪涌區域并在顯示器上標注，最后計算該區域內的浪 涌電流。

由于示波器會對電壓和電流波形進行數字化處理，因此 軟件還可通過積分電流找到電荷，然后使用等式c = q/ v測量系統的輸入電容。除了分析電源啟動的特性之外， 動態電容測量還有助于分析切換裝置中的柵極充電行 為。與其他電容測量技術相比，我們使用即時電流和電 壓波形測量工作條件下的總電容。

浪涌電流和輸入電容直接相關，且兩者均可提供重要的 詳細信息，讓工程師充分了解電源轉換器的啟動特性。

圖5. 電源接通時會發生浪涌電流波形在達到穩定狀態之前呈現出逐漸減小的峰值。

圖6.使用4/5/6-PWR進行開關損耗測量。把瞬時功率的電流和電壓相乘，可以得到上方軌跡(橙色)。損耗測量在瞬時功率波 形上執行。每個損耗區域都用帶顏色的標記標出，標記與測量標簽對應。底部波形是開關上的電壓和流經開關的電流。

開關分析

電源開關階段的測量確認轉換器是否正確運行，量化損 耗來源，確認器件在正常范圍內工作。

開關損耗測量

在各種物理電容器和寄生電容器充電時，會發生開通損 耗，電感器會產生磁場，會發生相關的瞬態電阻損耗。 同樣，在開關電源關斷時，即使市電已經拔下，仍會有能 量放電并與各種元件交互，因此也會發生損耗。

進行測量

為了進行開關損耗測量，示波器必須測量經過開關上的 電壓和流經器件的電流。開關損耗結果如圖11所示。

測量結果

噸: 每個周期開通功率和能量損耗值的均值

Toff:每個周期關斷功率和能量損耗值

總計: 每個周期總平均功率損耗和平均能量值

左右箭頭按鈕可以遍歷開關周期，放大查看問題區域

還可以在結果表中查看測量數據這個表格會顯示所。 有開關周期的累積測量結果，迅速進行復核。

圖7.Rds(on)測量Ch1(黃色)波形是FET VDS電壓，Ch2(青色)波形是FET電流。波形會在相位上呈現反相的狀態，以正確指 示導通區域中的電流更大。“數學” 功能將會繪制RDSon值，且結果標簽會顯示根據數學波形計算的最小RDSon值。在圖示這種。 情況下為1.13mOhms。

Rds(on)

T當開關器件處于導通狀態并正在傳導電流時，此測量可 分析漏極至源極電阻特性動態導通電阻是指器件導 通您可以使用的時兩端的電壓與流經裝置的電流之比。 游RDS(on)，標選通功能準的量這是導開關確地 器件損耗的重要原因。

圖8.晶體管的安全工作區 (SOA) 圖。

安全工作區

開關晶體管的安全工作區(SOA)決定著電壓一定時可 以安全流經晶體管的電流。SOA通常在BJT、MOSFET 或IGBT開關晶體管的產品技術資料中作出規定它表。 示為五CE(對場效應管為伏DS) 相對于冰(或身份證) 關系圖，描 述了晶體管在不劣化或不損壞的情況下可以工作的范 圍。

功率分析軟件可以把器件產品技術資料中的SOA上傳 到4系列B MSO中，然后您可以在實際器件上，測量電 壓和電流。示波器記錄v-i圖，可以指明任何參數是否 超出SOA。

進行測量

在電源中運行晶體管時，確定晶體管的SOA的主要挑 戰之一、是在各種負載場景、溫度變動和工頻輸入電壓 變化下準確地捕獲電壓和電流數據。4/5/6-PWR自動實 現數據捕獲和分析，簡化了這一任務。測量要求探測開 關晶體管上的電壓和流經的電流。

下一步是設置SOA模板，如圖15所示，SOA模板編輯器允許輸入晶 體管的SOA極限，極限在晶體管產品技術資料中確定，或由您自己的 標準確定。

圖9.使用4/5/6-PWR進行SOA測試。如果數據點落在模板區域內，那么它們是黃色的，表示 “通過”;如果落在模板區域外面，那 么它們是紅色的，表示 “未通過”。在本例中，V-I曲線落在SOA外面，表明開關器件受到的壓力過大。

測量結果

在設置完成后，會顯示SOA測試結果，如圖14所示。電壓和電流波 形在XY模式下在一條記錄中繪制。示圖顯示了一個采集周期的所有 數據。

圖10.SOA模板編輯器窗口。模板由一套(電 壓，電流)坐標確定，坐標來自開關器件產品技 術資料，也可以由用戶自己確定。

結果標簽顯示了器件落在SOA模板外面的次數，給出了測試通過 / 未 通過結果。