使用数字荧光示波器调试功率因数校正电路

时间：2012-02-11 02:14:29

关键字：示波器调试功率因数校正电路线路

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[导读]一、快捷简易地分析带有有源功率因数校正电路的开关电源中的波形为了获得高功率因数，大多数开关电源设计都采用了有源功率因数校正电路。虽然这一设计可极大提高效率，但也给数字示波器的波形分析带来了许多麻烦。而

一、快捷简易地分析带有有源功率因数校正电路的开关电源中的波形

为了获得高功率因数，大多数开关电源设计都采用了有源功率因数校正电路。虽然这一设计可极大提高效率，但也给数字示波器的波形分析带来了许多麻烦。而现在，则可通过装有TDSPWR2功率测量和分析软件的TDS5000系列、TDS7054或TDS7104数字荧光示波器(DPO）大大加快设计和调试工作。

功率因数(PF)在技术方面是指实损耗的功率与视在功率之比，以0～1之间的小数表示。人们很早就知道，PF是正弦电压和电流波形之间的相位差。当AC 负载有电容或电感时，电流波形与电压不同相，而产生不被负载损耗的附加AC电流。这种附加电流可在电力电缆中产生12R的损耗。

当把开关电源视为AC负载时，它是非线性的，既非纯电感，也非纯电容。开关电源以与线路电压相同的脉冲输送电流。VRMS和IRMS的乘积些时大大高于实际损耗的功率，因此PF小于1。图1所示为典型的线路电压和线路电流波形。

每一位设计师都希望功率因数为1，从而最大限度的提高效率。为达此目的，设计师需要采用无源功率因数校正，或有源功率因数校正。大多数设计采用的是有源功率因数校正电路。

二、以DPO侦错功率因数校正电路

在设计带有有源功率因数校正电路的开关时电源时，用数字示波器分析波形的作业始终非常麻烦。在这些电路中，典型作法是在输入整流电桥的后面的一级升压变换电路。需要注意的是，此时开关电路的工作频率远高于线频率。这就需要有一个可变升压比，以在输入电压变化时保持输出电压的恒定。因此，开关电路的占空比须随输入电压的变化而变化。当输入电压低时，占空比高。反之，当线路电压高时，占空比低。为了分析这一行为，设计师需根椐电源线路每半个周期内的脉冲变化，详细检视升压变换器的每一个脉冲。如果设计师想了解负载和/或线路电压变化时的MOSFET和二极管上的电压承受力，这种分析则更为重要。

有源功率因数校正可稳定整流器前端的电流。开关变换器则可调节开关管开关的脉冲宽度或工作周期，使之符合线路电流和线路电压的波形。控制信息嵌入在电晶体时序的变量之中。

以前，设计人员是使用模拟示波器分析和调试50/60Hz的线路信号以及几百千赫的快速开关信号。在确定总体脉冲宽度调制(PWM)信号行为时，设计人员要逐位元地编译这一信息。

后来，设计人员开始转用具有所需性能的数字储存示波器，撷取低频信号以及快速的瞬态开关信号。这些信号有如下要求：

(1) 高取样速率，即能够在开关装置的时序信号上撷取嵌入信息的取样速率

(2) 深度记录长度，即能使设计人员观察到低频干线信号和开关信号的记录长度

但即使有了这些信息，设计人员仍需付出很多精力和时间，才能获得开关信号中的脉冲或工作周期变量。因为这些信息均需人工计算。此外，使用者不能在一般的数字存储示波器中自动量测功率因数。

TDSPWR2功率量测分析应用软件可使这些任务简单易行，它可提供：
　　(1) 电力品质量测功能
　　(2) 调制分析能力

设计人员可通过TDSPWR2中的电力品质量测功能，即时进行重要的电力品质量测。如果另寻其他方法，则只能依靠专用的功率分析仪。

功率因数值一旦确定，便可轻而易举地通过TDSPWR2的调制分析能力进步调试PWM信号。

TDSPWR2可用下列方法分析PWM信号：
　　(1) 脉冲宽度时域波形
　　(2) 占空比时域波形
　　(3) 周期时域波形
　　(4) 频率时域波形

通过TDSPWR2的这种调制分析功能和TDS5000/7000系列示波器的每秒5GS高取样速率，以及深度记录长度，设计人员便能够以高水平解析度，轻松地撷取线信号的两至三个周期和快速瞬态开关信号。TDSPWR2可自动计算脉冲宽度变量与时间的关系曲线。

此外，用户可以根据线路电压、电流信号以及脉冲宽度的时域波形来可检视PWM信号脉冲宽度变量随时间变化的曲线，以及线路电压和线路电流。这就提供了 PWM信号行为的一幅全景图，而在负载和线路电压变化之际，这正是保持所需的PF 所必不可少的信息。该应用软件可即时撷取PWM信号中的任何不合乎要求的瞬态。