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怎样安全准确地用示波器调试开关电源

对于电源工程师来说,我们用对示波器应用应该比较熟悉,但是用示波器调试开关电源有其特殊的注意事项,如果忽略了这些,不仅得不到准确的测量结果,而且还可能对测试者造成危险。令我吃惊的是,很多人对此了解不多,因此我觉得有必要把这些写下来,可以在此做个介绍,另外再次申明,这些都是个人的理解,可能有不对的地方,欢迎大家讨论

 

一、             传统示波器

  对于传统的示波器,电源插头是三线的(火线零线和地线)。这样,示波器探头的地、示波器的机壳都连接到了大地上,如果直接用这种示波器来测试开关电源,会带来很大的危险,如图1所示:

 

                              1

  在图一中,假设我希望测量MOS管VDS的波形,那么我探头的地线就会连接到TP2这个测试点上,又由于探头的地线是和大地相连的,那么实际上我是将MOS管的S极对大地短路了,这样不仅会损害MOS管,而且也可能对示波器造成危害。所以,用传统示波器直接测量的方法是非常不可取的。

 

 

 

二、             将示波器浮地的危害

  为此,比较常见的解决方案是将示波器的地线去掉,即让示波器浮地,如图2所示。

   

                      2

但是这种解决方案是很不好的,不仅存在安全隐患,而且还会降低示波器的测试精度,引起不必要的EMI的问题。

(1)       危险性

   

                                     3

如图3所示,将示波器浮地后,示波器机壳的电位就等于探头地线的电位。在测量开关电源时,如果探头地线的电位是高压(这在测量半桥或者全桥上管DS电压时经常出现),那么示波器机壳上也带了高压;尽管现在示波器外壳大部分使用塑料包裹的、绝缘的,但是几个通道的插口还是金属裸露在外的,那么此时人触碰上就会有触电的危险。

 

 

(2)       降低测量精度

根据泰克公司的应用笔记,将示波器浮地后,探头的寄生电容约增加100pF,这显然会降低示波器的测量精度,引起不必要的EMI问题。

而在实际实习过程中,我们也遇到了这种情况,我和另一个实习生,用一台浮地的示波器测量开关电源的输出纹波,居然为120mV,而将示波器接地后就变成30mV了。所以很明显可以看出将示波器浮地后大大降低了测量精度,同时也会误导电源设计人员,增加许多不必要的工作量。

 

 

三、             较好的解决方案

1)示波器是应该接地的,接地不仅是对示波器的保护,也改善了示波器对外界磁场的抗干扰能力。

2)应采用差分探头,差分探头本身就是对地隔离的,可有效防止开关电源通过示波器对地短路。

3)或者购买本身就具有通道隔离功能的示波器,如泰克公司的TPS2000系列。

 

 

四、             参考文献:

泰克公司的应用笔记:Floating Oscilloscope Measurements And Operator Protection

 

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2011-07-18 20:58

写了好久,自己先顶一下

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2011-07-18 21:15
@西域不夜城
写了好久,自己先顶一下
第一次在电源网发帖,希望和大家多多交流
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2011-07-19 08:06
@西域不夜城
第一次在电源网发帖,希望和大家多多交流
怎么没有实质性材料啊
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wanwehua
LV.6
5
2011-07-19 14:58
顶下!!期待继续!
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2011-07-19 19:41
@lianghongce
怎么没有实质性材料啊

其实我这篇帖子重点想说示波器浮地的危害,因为我注意到很多公司示波器都是浮地的

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2011-07-19 19:42
@wanwehua
顶下!!期待继续!

其实我这篇帖子重点想说示波器浮地的危害,因为我注意到很多公司示波器都是浮地的

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2011-07-19 19:43
@wanwehua
顶下!!期待继续!
呵呵,所以以后调试的时候如果在示波器中看到噪声特别大,先别怀疑是不是电源本身EMI没做好,先看看示波器是不是浮地的
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2011-07-19 20:34
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infun
LV.2
10
2011-07-19 21:14
学习了。我一般把给示波器供电电源用隔离变压器隔离一下,毕竟示波器功率不大,用个小功率隔离变压器花不了多少钱
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erjun
LV.1
11
2011-08-24 23:34
@infun
学习了。我一般把给示波器供电电源用隔离变压器隔离一下,毕竟示波器功率不大,用个小功率隔离变压器花不了多少钱
隔离示波器电源和浮地有什么区别呢,隔离示波器电源后那示波器的地怎么处理呢
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LV.1
12
2011-08-25 09:37
隔离的贵呀。。。。。。
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waterayay
LV.7
13
2012-02-18 13:03
~~~详细的举个例子,对初级学者帮忙会更大。大家都在期待.......
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ctx1211
LV.7
14
2012-02-18 13:20
很实用的东西,确实要把示波器的地线拔掉,顶一下楼主
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zq2007
LV.11
15
2012-02-19 13:30
@ctx1211
很实用的东西,确实要把示波器的地线拔掉,顶一下楼主
楼主,泰克的哪些型号的示波器具有通道隔离功能呢?
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givemea5
LV.3
16
2012-02-19 13:36

用个隔离变压器给开关电源供电,一切都解决了.

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bilas0
LV.2
17
2012-02-19 14:23
@givemea5
用个隔离变压器给开关电源供电,一切都解决了.

正解

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ta7698
LV.9
18
2012-02-19 14:37
@givemea5
用个隔离变压器给开关电源供电,一切都解决了.
这样的隔离,对小功率电源很好,但是,开关电源的功率大了,隔离起来就不好玩了!
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2012-02-19 15:22

已学习過,谢谢!

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850787641
LV.7
20
2012-02-19 16:49
@西域不夜城
其实我这篇帖子重点想说示波器浮地的危害,因为我注意到很多公司示波器都是浮地的
是的,我们公司的示波器就是地线拔掉了
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yzds409
LV.8
21
2012-02-19 21:52
@givemea5
用个隔离变压器给开关电源供电,一切都解决了.

用隔离变压器,示波器探头地与外壳还是没有接大地,测量时,示波器不一样通过探头地接示波器外壳而带电吗?

我觉得,把示波器不变,依旧接大地,但把被测试的电源,由隔离变压器供电,这样安全可靠,也省了买差分探头等等麻烦事

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givemea5
LV.3
22
2012-02-25 15:59
@yzds409
用隔离变压器,示波器探头地与外壳还是没有接大地,测量时,示波器不一样通过探头地接示波器外壳而带电吗?我觉得,把示波器不变,依旧接大地,但把被测试的电源,由隔离变压器供电,这样安全可靠,也省了买差分探头等等麻烦事
咱想法一样.
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givemea5
LV.3
23
2012-02-25 16:02
@ta7698
这样的隔离,对小功率电源很好,但是,开关电源的功率大了,隔离起来就不好玩了!
做大功率的,就用电池供电的示波器.
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zq2007
LV.11
24
2012-02-26 20:31
@yaucheungfa02
已学习過,谢谢![图片]
昨天去会展中心听了一个研讨会,现在居然出现了120GHz 的示波器。
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givemea5
LV.3
25
2012-02-28 00:21
@zq2007
昨天去会展中心听了一个研讨会,现在居然出现了120GHz的示波器。

这个可能是做光通信用的.需要这么快的速度

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sxjnice
LV.8
26
2012-02-28 08:31

你这是建立在一个前提了,换句话说,如果你没有隔离电源,也没有差分探头,就是一个传统示波器和待测设备,你如何解决呢?不测吗?

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shipeng1989
LV.1
27
2014-10-08 09:58
@infun
学习了。我一般把给示波器供电电源用隔离变压器隔离一下,毕竟示波器功率不大,用个小功率隔离变压器花不了多少钱
你这样做完全没有意义,要隔离应该是隔离目标板
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shipeng1989
LV.1
28
2014-10-08 10:09
@sxjnice
你这是建立在一个前提了,换句话说,如果你没有隔离电源,也没有差分探头,就是一个传统示波器和待测设备,你如何解决呢?不测吗?
受差分探头的启发,我觉得你可以用两个通道分别测目标板的“信号”和“地”而不与示波器共地,然后在示波器上用MATH通道将CH1和CH2做差分
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dhtxafn
LV.6
29
2014-10-13 15:51
@givemea5
做大功率的,就用电池供电的示波器.
那地线呢还是不要解决啊Z!
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dhtxafn
LV.6
30
2014-10-13 17:05
@shipeng1989
受差分探头的启发,我觉得你可以用两个通道分别测目标板的“信号”和“地”而不与示波器共地,然后在示波器上用MATH通道将CH1和CH2做差分
差分信号跟示波器最近肯定要做光电隔离或电磁隔离的啊!你用示波器上差分功能有个屁用啊!不起隔离作用!·
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li297890758
LV.5
31
2014-12-07 21:36
请问楼主说的传统示波器是指以前的模拟示波器还是也同时包括最早的一些数字示波器?
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