运用泰克示波器4系列B MSO进行谐波分析

当非线性器件使流入电路的电流失真时，就会发生电流谐波。线性电路只在基础工频吸收电流，但非线性电路 在基础频率的倍数上吸收电流，每个谐波有不同的幅度 和相位。

在电流与谐波流经配电系统的阻抗时，会产生电压失真。热量会在线缆和变压器中积聚，在连接到电网的开关电 源数量提高时，电网上的谐波失真也会提高。

因此，业内已经设计了多项标准，限制非线性负载对功 MIL STD-1399之类的标准，来限制谐业内已经开发了IEC61000-3-2和率质量的影响。

IEC61000-3-2标准限制的是注入市电电源系统的电流 谐波。它适用于每一相输入电流最高16A、连接到公共 低压配电系统 (230伏交流或415伏交流三相 ) 的所有电气 和电子设备。该标准进一步分成级 ( 平衡三相设备 )、 B级 ( 便携式工具 )、C级 ( 照明设备和调光装置 ) 和D 级 ( 拥有独特的电流波形要求的设备 )。

MIL-STD-1399对设备(负载)提出了技术规范和测试 要求，以保持兼容舰载交流功率系统，从计算机和通信设 备直到空调。

图1. 设置基本电流谐波分析只要求几个简单的设置这个实例。 显示了针对行业标准进行预一致性检查的设置

4/5/6-PWR分析应用可以简便地测量电流谐波。它可以。 以表格方式和图形方式显示测量结果设计人员还可以。 在认证之前，迅速比较器件性能与满足的标准，因为认 证通常会耗费大量时间，而且成本非常高。在示波器中 提供测量功能，不仅可以加快调试速度，还可以帮助避 免最后再为了满足法规要求而改变设计。

图2. 使用4/5/6-PWR获得的谐波结果。右下方可以看到非正弦电流波形及谐波。谐波条形图用分贝显示了谐波内容。奇数谐波最明显， 但完全落在IEC 61000-3-2极限范围内。

进行测量

使用差分电压探头测量工频电压，使用电流探头测量工频电流。

如果您想比较设计中的谐波与IEC 61000-3-2标准中的极限，那么必须 确定工频，必需选择等级类型。在C级和D级标准中，还需要把输入功率， 功率因数和基础电流输入到系统中分析软件包将加载预先确定的极限。 表、对比测得谐波与极限、然后将显示预一致性测试结果、如图8所示。

图3. 可以以图形方式显示最多400个谐波。表中显示了IEC 61000-3-2预一致性测试结果。根据设置，分析软件包将加载预先确定 的极限表，对比每个测得的谐波与极限。

测量结果

结果标签显示了选择的谐波标准、基础谐波和三阶谐波幅度、thd-f、thd-r、RMS值和通过 / 未通过状态。

可以选择各个谐波、测量值在结果标签、柱状图和结果表之间链接起来。

谐波表包括:

选择的谐波标准

谐波数和频率

幅度 (RMS):谐波测得的RMS幅度值，单位为dBμA或A

幅度 (%):相对于基础频率的谐波测得幅度

相位:相对于频率基准的谐波相位，单位为度

极限:指定标准规定的谐波极限

状态:预一致性测试通过 / 失败状态

裕量:实测值与极限之差

电流谐波可以用分贝微安 (db μ A) 或安培 (A) 为单位显示

图4. 对通道7上的电流执行自动浪涌电流测量和电容测量

浪涌电流和输入电容

通常，浪涌电流会在首次通电时出现。电源转换器在其 输入电容充电时会汲取相对较高的电流。初始浪涌之后， 除非发生其他系统变化，否则电流将维持在稳定状态。 浪涌电流测量可提供有关电源设计的重要信息，包括保 护器件的尺寸。在极端情况下，浪涌电流会导致交流线 路电压骤降。

此功率分析软件支持自动浪涌测量功率分析软件会识。 别浪涌区域并在显示器上标注，最后计算该区域内的浪 涌电流。

由于示波器会对电压和电流波形进行数字化处理，因此 软件还可通过积分电流找到电荷，然后使用等式c = q/ v测量系统的输入电容。除了分析电源启动的特性之外， 动态电容测量还有助于分析切换装置中的栅极充电行 为。与其他电容测量技术相比，我们使用即时电流和电 压波形测量工作条件下的总电容。

浪涌电流和输入电容直接相关，且两者均可提供重要的 详细信息，让工程师充分了解电源转换器的启动特性。

图5. 电源接通时会发生浪涌电流波形在达到稳定状态之前呈现出逐渐减小的峰值。

图6.使用4/5/6-PWR进行开关损耗测量。把瞬时功率的电流和电压相乘，可以得到上方轨迹(橙色)。损耗测量在瞬时功率波 形上执行。每个损耗区域都用带颜色的标记标出，标记与测量标签对应。底部波形是开关上的电压和流经开关的电流。

开关分析

电源开关阶段的测量确认转换器是否正确运行，量化损 耗来源，确认器件在正常范围内工作。

开关损耗测量

在各种物理电容器和寄生电容器充电时，会发生开通损 耗，电感器会产生磁场，会发生相关的瞬态电阻损耗。 同样，在开关电源关断时，即使市电已经拔下，仍会有能 量放电并与各种元件交互，因此也会发生损耗。

进行测量

为了进行开关损耗测量，示波器必须测量经过开关上的 电压和流经器件的电流。开关损耗结果如图11所示。

测量结果

吨: 每个周期开通功率和能量损耗值的均值

Toff:每个周期关断功率和能量损耗值

总计: 每个周期总平均功率损耗和平均能量值

左右箭头按钮可以遍历开关周期，放大查看问题区域

还可以在结果表中查看测量数据这个表格会显示所。 有开关周期的累积测量结果，迅速进行复核。

图7.Rds(on)测量Ch1(黄色)波形是FET VDS电压，Ch2(青色)波形是FET电流。波形会在相位上呈现反相的状态，以正确指 示导通区域中的电流更大。“数学” 功能将会绘制RDSon值，且结果标签会显示根据数学波形计算的最小RDSon值。在图示这种。 情况下为1.13mOhms。

Rds(on)

T当开关器件处于导通状态并正在传导电流时，此测量可 分析漏极至源极电阻特性动态导通电阻是指器件导 通您可以使用的时两端的电压与流经装置的电流之比。 游RDS(on)，标选通功能准的量这是导开关确地 器件损耗的重要原因。

图8.晶体管的安全工作区 (SOA) 图。

安全工作区

开关晶体管的安全工作区(SOA)决定着电压一定时可 以安全流经晶体管的电流。SOA通常在BJT、MOSFET 或IGBT开关晶体管的产品技术资料中作出规定它表。 示为五CE(对场效应管为伏DS) 相对于冰(或身份证) 关系图，描 述了晶体管在不劣化或不损坏的情况下可以工作的范 围。

功率分析软件可以把器件产品技术资料中的SOA上传 到4系列B MSO中，然后您可以在实际器件上，测量电 压和电流。示波器记录v-i图，可以指明任何参数是否 超出SOA。

进行测量

在电源中运行晶体管时，确定晶体管的SOA的主要挑 战之一、是在各种负载场景、温度变动和工频输入电压 变化下准确地捕获电压和电流数据。4/5/6-PWR自动实 现数据捕获和分析，简化了这一任务。测量要求探测开 关晶体管上的电压和流经的电流。

下一步是设置SOA模板，如图15所示，SOA模板编辑器允许输入晶 体管的SOA极限，极限在晶体管产品技术资料中确定，或由您自己的 标准确定。

图9.使用4/5/6-PWR进行SOA测试。如果数据点落在模板区域内，那么它们是黄色的，表示 “通过”;如果落在模板区域外面，那 么它们是红色的，表示 “未通过”。在本例中，V-I曲线落在SOA外面，表明开关器件受到的压力过大。

测量结果

在设置完成后，会显示SOA测试结果，如图14所示。电压和电流波 形在XY模式下在一条记录中绘制。示图显示了一个采集周期的所有 数据。

图10.SOA模板编辑器窗口。模板由一套(电 压，电流)坐标确定，坐标来自开关器件产品技 术资料，也可以由用户自己确定。

结果标签显示了器件落在SOA模板外面的次数，给出了测试通过 / 未 通过结果。