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:
图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。
图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
图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