示波器测交流220V差分探头.docx
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示波器测交流220V差分探头
示波器测交流220V(差分探头)
差动探针早期主要是用来量测电力系统,电力转换器及转换式电源供应器。
所量测的讯号通常都是相当大的浮动讯号,从数十伏到数仟伏。
近年来由于数字电路的高速化,数字设计及数字传输中大量使用差动讯号,因而出现新型的低压高速差动探针。
它的量测范围很小。
只有几伏甚至零点几伏,但频宽很宽,可高达数GHz。
在现代的示波器量测中,不管是高压型差动探针,或是高速型差动探针,在他们各自的领域中,都是不可或缺的。
二、示波器探棒的选择-电力差动讯号在电力电子电路中,通常有许多相当大的浮动讯号,图二是一个典型的交换式电源供应器(SwitchingPower)的电力电路,我们可以将它以Vd(差动讯号),VCM(共模讯号)及VLINE(电源讯号)来表示。
当我们用示波器观测电力电子电路讯号时,如果使用单端探棒,将造成短路,损坏待测物及测试设备,甚至造成测量人员触电等(图三)。
电路与示波器的接地端形成短路回路,所以有些量测人员便将示波器的电源接地拆掉,浮接示波器,来避免短路回路的形成(图四),但是,这样就可以解决我们在电力电子电路的量测问题了吗?
让我们就这样的方式来讨论:
图四显示,即便将示波器电源接地切断,当我使用多通道量测非共地电路
时,在不同通道单端探棒的接地端,仍然会形成短路回路,造成待测电路或测试设备损坏,同时,在测试设备的接地端,如示波器机壳,BNC接头探棒的接地线等,将会存在VLine或VLine+VCM相当大的浮动电压,一不小心就容易造成人员触电或损坏电路及设备,严重威胁您的生命及财产安全。
如果我们浮接示波器,并只用单一探棒,谨慎地避免接触到任何接地端(图五),这样,就可以解决我们在电力电子电路的量测需求了吗?
恐怕没有那么简单喔!
事实上,即使我们将示波器的接地线切断,在示波器对地之间,仍然存在一个电容效应,而探棒的隔离网状接地线可视为一电感(图五),以交换式电源供应器为例,Vd与VCM为快速切换讯号,当我们以单端探棒量测Vd讯号时,VCM的高速Switching讯号将会经由L、C对地振荡产生Ringing 讯号,并在VL二端产生电压降,所以在示波器的输入讯号端会得到正常的Vd讯号加上受干扰的VL讯号(图六)
有一个简单的测试方法可以检视存在于探捧接地线上VL的干扰讯号:
将探棒的两端,一起接在Vd与VCM之间的同一点上(如图七), 在示波器的输入端可测得VCM+VLine 经L.C.振荡后存在L上的干扰讯号VL。
也有人尝试在待测电路端加上电源隔离变压器(图八)。
如图八所示, 加了隔离变压器之后,虽然切断了VLine 可免除触电的危险,但是在LC振荡之后,仍然会在探棒产生干扰讯号VL,除此之外,加上隔离变压器还会改变了待测电路输入电力线的条件与特性,当我们要做电力谐波分析、功率量测,EMI、EMC测试时,也会造成量测误差。
综合以上几点的说明得知,当我们在进行电力电子电路的量测时,差动式探棒可说是必备工具之一,
3、安全的浮地测量
电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线,或者火线与零(中)线的相对电压差,很多用户直接使用单端探头测量两点电压,导致探头烧毁的现象时有发生。
这是因为:
大多数示波器的”信号公共线”终端与保护性接地系统相连接,通常称之为“接地”。
这样做的结果是:
所有施加到示波器上,以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。
该公用连接点通常是示波器机壳,通过使交流电源设备电源线中的第三根导线源线地线,并将探头地线连到一个测试点上。
单端探头的地线与供电线直接相连,后果必然是短路。
这种情况下,我们需要浮地测量。
所谓“浮地”测量,即测量的两个点都不处于接地电位,这是一种典型的差分测量。
“信号公共线”与地之间的电压可能会升高到数百伏。
此外,许多差分测量还要求抑制高共模信号,以便于评估低电平差分信号,多余的接地电流还会产生烦人的嗡嗡声和接地环路。
用户常常借助那些存在潜在危险的测量技术来解决这些问题。
通过切断标准三头AC插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器,切断中线与地线的连接。
将示波器从保护地线浮动起来,以减小地环路的影响。
这种方法其实并不可行,因为在建筑物的布线中中线也许在某处已经与地线相连,是不安全的测量方法,会带来l人身伤害,仪器和电路损坏!
此外,它违反了工业健康和安全规定,且获得的测量结果也差。
而且,交流供电仪器在地面浮动时会出现一个大的寄生电容。
因此,浮动测量将受到振荡的破坏。
总而言之,将示波器“浮地”非常糟糕的主意,这将导致:
――损坏被测器件;
――损坏示波器
――给人身带来潜在伤害
――导致很差的测量精度
如何解决
最佳解决办法就是使用高共模抑制比的差分探头,因为两个输入端都不存在接地的问题,两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完成,传输到示波器通道的信号是已差分后的电压,示波器无需去掉三线插头的接地端即可实现安全的浮地测量。
比如力科公司的ADP305高压差分探头即是安全测量三相市电的火线与火线、火线与中线间压差的最佳探头。
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