规范开关电源输出电压频率测试

规范开关电源输出电压频率测试
开关电源是一种高频开关式的能量变换电子电路，常作为设备的电源供应器。

由于开关电源，对输入工频电压，频率适应性，转化效率高，且体积和重量只有线性电源的20%—30%，故目前它已成为稳压电源的主流产品。

广泛应用于电脑，通讯，电力，能源，交通医疗，制冷、照明等相关行业设备和工业自动化控制，仪器仪表，等众多领预。

开关电源是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现AC∕DC, DC/AC,DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压，绝大多数开关电源的工作流程是：
市电→输入虑波器→全桥整流→直流虑波→开关管（振荡逆变）→开关变压器(感应出高频电压)→输出整流与虑波→负载。

因为负载工作在高频电压的效率比工作在工频电压的效率高，所以将工频电压转换成高频电压给负载供电是开关电源技术应用的核心。

开关电源技术的发展的趋势是提高开关频率，以改善电能转换效率，并可减小开关电源的体积与功耗。

为提高开关频率必须采用高速开关器件，市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百kHz。

目前根据许多开关电源生产厂家的技术指标，高频开关电源的开关频率已经普遍达到20KHZ以上，一部分达到100KHZ,性能优异型号的高频电源的开关频率甚至在300KHZ左右。

根据世界电源行业专家的预测，未来几年开关电源的开关频率可能达到500KHZ.。

本人从事电气测试行业多年，对各种用电负荷的电压特性测量有比较丰富经验，我认为：对交，直流电在带负载的情况下进行导通角和斩波调频控制时，开关管的的温升，故障率是很高的，在两个开关管轮流导通条件下以几十KHZ以上的开关频率操作负载正常工作是完全不可能的。

因此利用负荷电压特性测试仪，对许多使用高频开关电源的电器，如高频镇流器荧光灯，LED灯照明，电脑，高速离心机，自动绕线机等电器使用开关电源的电器设备进行了工作电压特性测量，并且对多种标称100KHZ左右型号的高频开关电源空载，线性负荷额定加载时的电压特性进行了测量分析，基本可以说明现有的开关电源理论分析，开关电源产品技术指标，与开关电源实际工作状态不相符合，通过开关电源生产厂了解有关开关电源输出频率的常规测试方法，才明白其中的问题所在。

目前常规测量法是所谓靠接测量，就是使用示波器的无源探头，将探针直接接触正输出端子，地线环直接接触负输出端，从示波器显示的纹波，高频噪声中读出与开关频率有关参数进行分析。

因为这种测试方法从示波器显示屏基本看不出开关电源输出比较稳定的直流斩波时间周期和频宽波形，对同一型号的产品测试因为示波器的档位设置不同，误差极大，造成各随所需任意夸大开关电源的开关频率的问题。

甚至把示波器的通道地标识定性为直流电输出。

这对开关电源的科研和应用是极为有害的，也是一种不严谨的科学态度。

正是因为电源行业长期以来普遍采用这种开关电源开关频率测试方法，使得电源的理论研究，产品特性说明出现不应该有的错误，虚假成分很多。

那么怎样能够准确测试高频电源实际的工作频率呢？
我们知道使用带宽20MHZ示波器测量电源频率和捕捉脉冲电信号是非常准确的，而高功率毫欧级阻线性电阻单元介入电路是示波器电路在任何条件下波形,频率采样的关键。

所以可以通过以下的测量连接方式把开关电源接入市电产生的电流变化转换成电压信号测量，同时也能将纯电阻负载接入开关电源后产生的电流变化转变为电压信号测量，下图1是示波器测量开关电源的波形，频率的电路连接示意图。

图2是一款标称开关频率100KHZ的高频开关电源，从示波器测量的时间周期分析，CH1测量的波形，时间周期与CH2测量的波形完全一致，开关频率应该是2.5KHZ.
图2
图3是一款标称40KHZ的高频开关电源，从示波器测量的的开关工作频率，应该是1KHZ.
图3
通过以上示波器测量的开关电源输入端的波形，与开关电源输出端的波形比较，可以认为在输入端的R1测量的波形频率与在R2端测的波形完全一致。

因此为了方便测量确定开关电源的开关频率，只要任意的在开关电源的输入或在开关电源的输出选择一种测量方式，都可以的到正确的测量结果。

由于采用开关电源变频给不同特性的负载供电，负载就以开关电源的开关频率做为工作电压加以说明，比如电子镇流器荧光灯就号称工作在20-100KHZ的高频电流状态，其实是不准确的，图4是通过在电子荧光灯的输入端用示波器与电压波形采样器测量的荧光灯照明时的工作波形，
图4
示波器CH1显示的是电源输入端的工作频率为50HZ与市电的电源频率一样。

CH2是示波器感应探头在灯管处光输出感应的电压波形，也是50H Z。

同样由于有的开关电源根据示波器测量的靠接方式，得出的错误结果，认为此类型的开关电源输出的是直流电压，就判断LED灯工作在直流电压，图5是一款LED灯照明时在市电输入端测量的LED工作电压波形，图6是一款在开关电源输出端测量的工作电压波形，同样是50HZ脉冲电压波。

图5图6
图7图8
图7是离心机的输入电压波，图8是液晶电脑的工作电压波，都表现为50HZ的交流波形，其中的开关电源并没有输出直流电或高频电压的特征。

将工频电压转换成高频电压给负载供电是开关电源技术应用的核心，但综上所述由于目前测量开关电源的开关频率的靠接测量方法，使开关电源的真实开关频率被误解和夸大，给各行业的利用的科学依据形成了混乱。

需要我们的行业管理部门，科研机构和生产单位给与重视。

重新规范开关电源的开关频率的检测标准。

实事求是纠正一些不切实际的理论，为开关电源的技术发展和应用打好理论基础。

史云平。