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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，您则可透过装有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 至1 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I2R 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同相的脉冲输送电流。VRMS 和IRMS 的乘积此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。
以DPO 侦错功率因数校正电路
□应用摘要
□图1. 开关电源供应器的典型线路电压和线路电流波形。
在设计带有有源功率因数校正电路的开关电源时，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，设计师需根据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。控制资讯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50/60 Hz的线路信号以及几百kHz的快速开关信号。在确定总体脉冲宽度调制(PWM)的信号行为时，设计人员要逐位元地编译这一资讯。
□图2. 典型升压PFC 电路。下图所示为i、ii、iii 点上的波形。
□图3. 所示的三种典型波形是(i)上的正弦典型波形，通常为50 Hz 或60 Hz; (ii)上在整流器输出出现的波形；(iii)升压FET 驱动电路的波形。
后来，他们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资讯的取样速率
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
□图4. 用TDSPWR2 进行电力品质量测。
但即使有了这些资讯，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，因为这些资讯均需人工计算。此外，使用者不能在一般的数字储存示波器中自动量测功率因数。
TDSPWR2功率量测分析应用软体可使这些任务简单易行，它可提供：
－电力品质量测功能
－调制分析能力
如图4 所示，设计人员可透过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，便可轻而易举地透过TDSPWR2的调制分析能力进一步调试PWM 信号。
TDSPWR2 可用下列方法分析PWM 信号。
－脉冲宽度时域波形
－占空比时域波形
－周期时域波形
－频率时域波形
□图5. TDSPWR2 的调制分析类型。
透过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。(图5所示为线路电压、电流信号以及脉冲宽度时域波形。)您可检视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所必不可少的资讯。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。
结论TDSPWR2软件的电力品质量测量和调制分析能力，显著地缩短了设计和调试任务的周期。与TDS5000和TDS7000系列示波器的取样速率和存储深度结合使用时，该应用软件可使设计人员以最大的效率，轻松地调试带有有源功率校正电路的开关电源，得到接近1的功率因数指标。
本文关键字：校正 示波器 荧光 工具仪器的使用及介绍，电子学习 - 工具仪器的使用及介绍
