应用指南

借助 4/5/6-PWR 应用软件进行电源测量和分析

从便携式电子产品到工业和能源系统，设计人员必须评估稳态性能以及开关损耗、控制环路稳定性、瞬态响应等动态行为。基于示波器的工具使工程师能够通过精确、可重复的测量技术实现这些目标，这些技术可以捕获多个运行域中的电压、电流和功率关系。

本应用指南介绍：

• 如何设置精确功率测量，包括探头时滞校正、探头偏置校正和电流探头消磁。
• 如何优化最新的 GaN 和 SiC 设计并对晶体管进行开关分析。
• 如何表征电感器和变压器以确定电源的稳定性和效率，并表征电源控制回路的频率响应。
• 如何评估直流电源的输出并执行逆变器穿越分析。
• 讨论了差分探头和电流探头，包括 IsoVu 光隔离探头。

此应用说明中使用的仪器为泰克 4、5 和 6 系列 B 混合信号示波器，并配备了高级功率测量和分析软件（选件 4-PWR、5-PWR 或 6-PWR）。这些平台与适当的电压和电流探头结合使用时，可为各种电力电子应用提供可扩展且一致的测量环境。

简介

如今的电源设计人员面临着越来越大的压力，需要实现 90% 甚至更高的功率转换效率。对便携式电子产品中更长电池寿命、物联网以及功耗更低的“更环保”产品的需求推动了这一趋势。许多设计正在用 GaN 或 SiC 开关器件替代硅 FET 和 IGBT。和往常一样，上市时间的压力持续推动着更快速（但仍准确）的测试。

4、5 和 6 系列 MSO 具有 FlexChannel^® 输入和创新的图形用户界面，可帮助设计人员一次性测试多个测试点，从而加快测试速度。高级功率测量和分析选件 (4-PWR、5-PWR 和 6-PWR) 可自动设置关键功率测量的过程，并提供工具，根据电源设计中的规范和标准评估测试结果。

本应用笔记概述了如何使用泰克 4、5 或 6 系列 MSO 示波器以及 4-PWR、5-PWR 或 6-PWR 功率分析软件进行重要的电源测量。

准备进行电源测量

为了进行精确测量，必须正确设置功率测量系统，以便精确捕获波形用于分析和故障排除。需要考虑的重要主题包括：

• 消除电压和电流探头之间的偏差
• 消除探头偏置
• 电流探头消磁

消除电压和电流探头之间的偏斜

要使用示波器进行功率测量，需要测量被测设备的电压和电流。此任务需要两个单独的探头：一个电压探头（通常是高压差分探头）和一个电流探头。每个电压和电流探头都有其自身的特征传播延迟，并且这些波形中产生的边沿可能不会对齐。电流探头和电压探头之间延迟的差异（即时滞）会导致不准确的幅度和定时测量。

由于时滞会产生时间延迟，它会导致测量结果不准确，包括时间差、相位和功率因数。许多测量系统可以对仪器内部的延迟进行“自动校准”，但当您向系统中添加探头时，您必须补偿探头放大器和电缆长度的差异。

4、5 或 6 系列 MSO 允许您补偿从探头尖端到测量系统的延迟，以确保进行最精确的定时测量。通过将探头连接到同一波形源，并增加较快信号的信号路径延迟，您可以手动去斜探头。这样可以使信号在时间上对齐，而无需实际增加较短探头电缆的长度。

图 1 。差分电压探头和电流探头之间的静态相差补偿（调整前）这些探头具有板载内存，可存储其标称传播延迟。

4、5 和 6 系列 MSO 也提供一键式“静态”相差校正功能。图 1 显示了两个 TekVPI® 电源探头之间的相差示例。示波器读取探头的标称传播延迟，并计算出两个探头之间存在约 1.48 ns 的延迟差。只需按下“确定，相差校正”按钮，即可调整信号之间的相对时序。

**图 2** 显示了运行静态相差校正功能后，**图 1** 中使用的相同测试设置。如果使用非泰克探头，您将需要手动对电压和电流波形进行相差校正，并配置电流探头设置。

图 2 显示了运行静态相差校正功能后，与图 1 中相同的测试设置。如果使用非泰克探头，您将需要手动对电压和电流波形进行相差校正，并配置电流探头设置。

消除探头偏置

差分探头可能具有轻微的电压偏置。此偏置会影响准确度，应在进行测量之前将其移除。大多数差分电压探头都具有内置直流偏置调整控制，这使得偏置移除成为一个相对简单的过程。

同样地，在进行测量之前可能需要调整电流探头上的偏置。电流探头偏置调整通过将直流电流归零到平均值 0 安培或尽可能接近 0 安培来完成。TekVPI 探头（例如 TCP0030A 交直流电流探头）内置自动消磁/自动调零程序，只需按下探头补偿盒上的按钮即可，如 **图 3** 所示。

图 3。泰克 TCP0030A 交流/直流电流探头，带消磁/自动调零。

电流探头消磁

消磁可消除变压器磁芯中可能由大量输入电流引起的任何残余直流磁通。这种残余磁通会导致应消除的偏移误差，以提高测量的准确性。

泰克 TekVPI 电流探头提供消磁警告指示器，提示用户执行消磁操作。消磁警告指示器很重要，因为电流探头可能会随时间推移出现显著漂移，这会显著影响测量结果。

应对宽禁带测试挑战

直到最近，在半桥开关阶段的高侧进行开关测量几乎是不可能的。任何相对于开关节点的测量，包括高侧 VDS 和跨电流分流器的电压，都会因施加在差分信号上的显著共模电压信号而受到失真影响。随着开关频率的提高以及优化全新设计的必要性越来越高，宽禁带器件如 GaN 和 SiC 晶体管会使这个问题变得更糟。IsoVu 探头无与伦比的共模抑制和高级功率测量与分析软件的自动化功能相结合，可为优化最新的 GaN 和 SiC 设计提供无懈可击的组合。

图 4。许多电源拓扑都需要在高共模信号存在的情况下测量小差分电压。例如，半桥开关级高侧的 VGS 相对于地经常会有数百伏的上下浮动。IsoVu™ 隔离测量系统提供极高的共模抑制。

输入分析

线路测量表征了设计对输入变化的反应、设计电流和功耗以及设计对线路电流的失真。一些测量，例如功耗，是关键规格。其他测量，例如功率因数和谐波，可能受法规限制。

电源质量测量

在 4-PWR、5-PWR 和 6-PWR 中，电能质量测量是一组标准功率测量。它们通常在交流线路输入端进行，但也可应用于电源逆变器等设备的交流输出端。这些测量包括：

• 频率
• RMS 电压和电流
• 波峰因数 ( voltage and current )
• 有功功率、无功功率和视在功率
• 功率因数和相角

进行测量

通过使用差分探头测量系统的线路电压，并使用电流探头测量系统的线路电流，可以很容易地完成电能质量测量。此相同的设置也可以用于测量电流谐波。

图 5。电能质量测量清晰地呈现了交流线路的情况。线路电压是上部波形。电流是红色波形。瞬时功率是橙色波形。结果标记 (右上角) 显示了线路特性的概要，上部的结果表可用于查看更详细的数据和统计信息。

测量结果

• 频率：电压波形的赫兹频率。
• V_RMS：显示电压波形的均方根值
• I_RMS：显示电流波形的均方根值。
• V 波峰因数：是电压的峰值幅度除以电压的 RMS 值。
• 电流波峰因数：电流的峰值幅度除以电流的 RMS 值
• 有效功率：以瓦特 (W) 为单位测量的系统实际功率
• 无功功率：暂时存储在电感或电容元件中的虚功率，以无功伏安 (VAR) 为单位测量
• 视在功率：以伏安 (VA) 为单位测量的复功率的绝对值
• 功率因数：真实功率与视在功率之比。
• 相位：有效功率和视在功率矢量之间的角度（度）。

谐波

当非线性设备使电流流入电路的流量失真时，会产生电流谐波。线性电路仅在基线频率下吸收电流，而非线性电路则在基线频率的倍数处吸收电流，每个谐波都有不同的幅度和相位。

当含有谐波的电流流过配电系统的阻抗时，会导致电压失真。电缆和变压器中会积聚热量。随着连接到电网的开关电源数量的增加，电网上的谐波失真也会随之增加。

因此，已制定了相关标准来限制非线性负载对电能质量的影响。IEC61000-3-2、MIL-STD-1399 和 DO-160G 等标准都旨在限制谐波。

IEC61000-3-2 标准限制了注入公共电网供电系统的电流谐波。它适用于所有连接到公共低压配电系统 (230V AC 或 415V AC 三相) 的每相输入电流高达 16A 的电气和电子设备。该标准进一步分为 A 类（平衡三相设备）、B 类（便携式工具）、C 类（照明设备和调光设备）和 D 类（具有独特电流波形要求的设备）。

MIL-STD-1399 规定了设备 (loads) 的规范和测试要求，以保持与舰载交流电源系统的兼容性，包括从计算机和通信设备到空调。DO-160G 标准适用于机载系统。

图 6。设置基本的电流谐波分析仅需要少量设置。此示例显示了针对符合行业标准的预一致性检查的设置。

电源分析应用可轻松测量电流谐波。它可以通过表格和图形格式显示测量结果。它还使设计人员能够在进行认证（这通常是一个耗时且昂贵的过程）之前，快速比较其设备的性能与合规标准。在示波器中提供这些测量功能，不仅可以加快调试速度，还可以帮助避免为满足法规要求而进行最后一刻的设计更改。

图 7 。谐波结果。非正弦电流波形可在右下方看到。谐波条形图显示了分贝刻度上的谐波含量。奇次谐波最为显著，但远低于 IEC 61000-3-2 限制。

进行测量

使用差分电压探头测量线路电压。使用电流探头测量线路电流。

如果您想根据 IEC 61000-3-2 标准中的限值来比较设计中的谐波，则必须定义线频率并选择类别类型。对于 C 类或 D 类标准，还需要输入输入功率、功率因数和基波电流。分析包将加载预定义限值表，并对测量谐波和限值进行比较。预符合性结果将如图 8 所示。

图 8。最多可显示 100 次谐波的图形形式。该表格显示了 IEC 61000-3-2 预一致性测试结果。根据您的设置，分析软件包将加载预定义的限制表，并在每个测量谐波与限制之间进行比较。

测量结果

• 结果徽章显示了所选的谐波标准、基波和三次谐波幅值、THD-F、THD-R、RMS 值以及通过/失败状态。
• 可以单独选择谐波，并且测量值在结果标记、柱状图和结果表之间相关联。
• 谐波结果表包括：
• 电流谐波可以分贝微安 (dBµA) 或安培 (A) 为单位显示。

**图 9**。在通道 7 上进行的自动涌流电流测量和电容测量。

浪涌电流和输入电容

通常，浪涌电流发生在电源首次开启时。电源转换器在输入电容充电时会汲取相对较高的电流。初始涌流电流之后，除非发生其他系统更改，否则电流会稳定在稳态。涌流电流测量可为电源设计提供重要信息，包括保护器件的尺寸调整。在极端情况下，涌流电流可能会导致交流线路上的电压骤降。

功率分析软件提供自动涌流测量。它识别涌流区域，并在显示屏上进行注释。它随后计算该区域内的涌流电流。

浪涌电流和输入电容直接相关，两者都为电源转换器的启动特性提供了重要见解。

**图 10**。涌流发生在电源开启时。电流波形在达到稳态之前显示逐渐减小的峰值。

图 11 。开关损耗测量。上方轨迹（橙色）通过将电流和电压相乘来计算瞬时功率。损耗测量在瞬时功率波形上执行。每个损耗区域都用对应于测量标签的彩色标记进行注释。底部波形是开关两端的电压和流经开关的电流。

开关分析

对电源开关级的测量可确认转换器功能正常，量化损耗源，并确认设备在正常范围内运行。

开关损耗测量

随着各种物理电容和寄生电容充电，电感器产生磁场，以及相关瞬态电阻损耗发生，导通损耗也会发生。同样，当开关电源关闭时，即使主电源已移除，仍有能量可用于放电并与各种元件相互作用，因此此处也会发生损耗。

进行测量

要进行开关损耗测量，示波器必须测量开关器件两端的电压和流经该器件的电流。开关损耗结果如图 11 所示。

测量结果

• Ton：每个周期的导通功率和能量损耗值的平均值。
• Toff：每个周期的开启功率和能量损耗值的平均值。
• 总计：每个周期的总平均功率损耗和平均能量值的平均值。
• 左右箭头按钮可让您翻查切换周期并锁定问题区域
• 测量值也可以在结果表中查看。该表显示了所有开关周期的累积测量结果，以便快速查看。

图 12。RDS(on) 测量。Ch1 (yellow) 波形是 FET VDS 电压，Ch2 (cyan) 波形是 FET 电流。波形反相，以正确指示导通区电流较高。数学运算绘制 RDSon 值，结果标记显示根据数学波形计算出的最小 RDSon 值。在这种情况下，它是 1.13 毫欧。

RDS(on)

此测量用于表征开关器件在开关周期传导部分期间的漏源电阻，即器件处于导通并传导电流时。动态导通电阻是器件导通时两端的电压与流经器件的电流之比。利用光标选通功能，您可以精确测量RDS(on)，这是开关器件损耗的重要因素。

 

 

图 13. 晶体管的安全作业区 (SOA) 图。

安全作业区

开关晶体管的安全工作区（SOA）定义了在给定电压下可安全流过晶体管的电流。SOA 通常在 BJT、MOSFET 或 IGBT 开关晶体管的数据表中定义。它表示为 V_CE（对于 FET，则为 V_DS）相对于 I_CE（或 I_DS）的图，并描述了晶体管可以在不劣化或损坏的情况下工作的范围。

电源分析软件可将 SOA 从设备数据表传输到 4、5 或 6 系列 MSO。然后，您可以根据电源设计不断变化的运行条件，测量实际电路中的设备上的电压和电流。示波器记录 V-I 图，并可指示是否有任何参数超出 SOA 范围。

进行测量

在电源中工作时，确定晶体管 SOA 的主要挑战之一是在各种负载情况、温度变化和线路输入电压变化下准确捕获电压和电流数据。该分析软件包通过自动化数据捕获和分析来简化此任务。测量设置需要探测开关晶体管两端的电压和流过的电流。

下一步是设置 SOA 模板。如图 15 所示，SOA 模板编辑器可用于输入针对晶体管的 SOA 限制，这些限制由其数据手册或您自己的标准定义。

图 14 。使用 5-PWR 的 SOA。如果数据点落在模板区域内部，则显示为黄色以指示通过；如果落在模板区域外部，则显示为红色以指示未通过。在此示例中，V-I 曲线超出了 SOA，使开关器件承受过大应力。

测量结果

完成设置后，将显示图 14 所示的 SOA 测试结果。电压和电流波形以 XY 模式在单个记录中绘出。此图显示单个采集周期的所有数据。

**图 15**。SOA 模板编辑器窗口。模板由取自开关设备数据表的一组（电压、电流）坐标定义，或者也可以由用户自定义。

结果徽章显示设备超出 SOA 模板的次数，并给出通过/失败结果。

磁性分析

电感器和变压器在开关式电源和线性电源中都用作能量存储设备。某些电源还在其输出端的滤波器中使用电感器。鉴于磁性器件在功率转换器中的重要作用，必须对其进行表征，以确定电源的稳定性和整体效率。

4/5/6-PWR 中的磁特性分析可自动执行以下测量组：电感、磁损耗和 B-H 参数。

电感

电感器随着频率的增加，阻抗也随之增加，对高频的阻碍作用大于低频。这种现象称为电感，测量单位为亨利。设备的电感可使用配备了电能分析软件的示波器自动测量。

进行测量

4/5/6-PWR 应用将电压随时间进行积分，然后除以电流变化量，以计算电感值。测量是通过探测磁元件两端的电压和通过磁元件的电流来完成的。电感测量结果与图 15 中的其他测量结果一同显示。黄色 (Ch1) 波形是电感器两端的电压，青色波形 (Ch2) 是通过电感器的电流。请注意，B-H 曲线也已显示。

测量结果

电感：设备或电路的电感值。

磁损耗

磁功率损耗分析是开关电源综合损耗分析的重要组成部分。两种主要的磁损耗是铁损和铜损。铜绕组线的电阻会造成电源中的铜损。铁损是磁芯中的涡流损耗和磁滞损耗的函数。铁损与直流磁通无关，但受交流磁通摆幅和工作频率影响。

进行测量

4/5/6-PWR 能够计算单绕组电感器、多绕组电感器乃至变压器中的磁损耗。

对于单绕组变压器，连接差分探头以测量初级绕组两端的电压。电流探头测量流经变压器的电流。然后，示波器和功率测量软件可以自动计算磁性功率损耗。

磁性功率损耗结果如图 16 所示。

测量结果

功率损耗：磁性元件造成的总功率损耗

磁特性 (B-H 曲线)

磁通密度 B，以特斯拉为单位，是磁场的强度。它确定了磁场对移动电荷施加的力。磁场强度或场强 H，以 A/m 为单位，称为磁化力。材料的磁导率 µ 以 H/m 为单位。它测量施加磁场对材料产生的磁化程度。

磁长度和绕芯匝数等物理特性有助于确定磁性材料的 B 和 H。B-H 曲线图常用于验证开关电源中磁性元件的饱和度（或未饱和度），并提供磁芯材料单位体积每个周期损耗的能量度量。该曲线绘制了磁通密度 B 与磁场强度 H 的关系。由于 B 和 H 都取决于磁性元件的物理特性（如磁长度和绕芯匝数），因此这些曲线定义了元件磁芯材料的性能包络。

图 16。对电感器进行磁性测量。Ch1 (yellow) 波形是电感器上的电压，Ch2 (cyan) 波形是电感器电流。B-H 曲线显示在显示屏的中心。电感、磁损耗和磁特性显示在右侧的结果徽章中。

进行测量

为了生成 B-H 曲线图，测量经过磁元素的电压及流经磁元素的电流。对于变压器而言，流经一次绕组和二次绕组的电流是关注点。在功率分析软件计算 B-H 曲线图之前，必须首先在配置面板中输入电感器的匝数 (N)、磁路长度 (l) 和磁芯横截面积 (Ae)。

一个高压差分探头连接到示波器通道 1，并跨接在变压器初级绕组上。测得的电压是磁性元件磁感应强度 B 的结果。通道 2 使用电流探头测量通过初级的电流。如果需要，电流探头也用于测量通过通道 3 和通道 4 上的次级绕组的电流。功率分析软件可以利用示波器通道 2、3 和 4 的数据计算励磁电流，然后用该励磁电流值来确定 H 分量。

磁性能结果如 图 16 所示显示。

测量结果

• ΔB：磁通密度的变化
• ΔH：场强变化
• 导磁率：材料的磁化程度。
• Bpeak：磁性器件所感应的最大磁通密度
• Br：曲线上 H = 0 但 B 仍具有正值的点。这称为元件的剩磁，是衡量其保持力的一种方法。剩磁越高，材料保留的磁化强度越多。
• Hc：曲线上的点，其中 B = 0 且 H 为负值。这表示使 B 达到零所需的外部磁场。H 的该值称为矫顽力。较小的矫顽力值意味着该元器件可轻松退磁。
• Hmax：H 轴与磁滞回线交点处的 H 最大值
• 电流纹波：电流的峰-峰值。

图 17 。隔离变压器/注入变压器用于将接地信号源与浮动注入电阻隔离。

频率响应分析

控制环路响应

控制环路响应分析（因其曲线而常被称为波特图）有助于表征电源控制环路的频率响应。波特图表示在一定频率范围内计算得出的反馈环路增益和相移，可提供有关控制环路速度和电源稳定性的宝贵信息。它可以使用矢量网络分析仪 (VNA) 进行测量，也可以使用示波器和函数发生器进行测量。

为了测量电源系统的响应，必须将已知信号注入反馈回路。对于此测量，使用 4/5/6 系列中的任意/函数发生器 (AFG) 选件来生成指定频率范围内的正弦波。必须将 DC-DC 转换器或 LDO 配置为在其反馈回路中包含一个小型 (5–10Ω) 注入电阻/终端电阻，以便将函数发生器的干扰信号注入该回路。

在注入电阻两端连接在广泛的带宽范围内具有平稳响应的注入变压器，该注入变压器将接地信号源与电源隔离。Picotest J2101A 注入变压器的频率范围为 10Hz-45MHz，与 4/5/6 系列 MSO 的函数发生器选件非常吻合。建议使用低电容、低衰减无源探头（例如 TPP0502）进行电压测量。这使得 6 系列 MSO 上的垂直灵敏度为 500 µV/div，4/5 系列 MSO 上的垂直灵敏度为 1 mV/div。

**图 18**。起始和终止频率、幅度以及每十倍频程点数决定了发生器将注入控制环路的激励。

图 19 。幅度配置文件可用于改善测量结果的信噪比 (SNR)。它可在 DUT 对干扰敏感的频率下施加较低的幅度，并在 DUT 不太敏感的频率下施加较高的幅度。

建立连接后，必须配置激励扫描。4/5/6-PWR 软件支持恒定幅度和简表幅度方法。恒定幅度扫描在所有频率下保持相同幅度。简表方法允许您在定义的频段指定不同幅度。幅度简表方法可用于改善测量结果的信噪比 (SNR)。

**图 20**。该软件计算增益（绿色轨迹）为 20log (Vout/Vin)。红色轨迹代表注入信号和输出之间相对于 -180° 的相移。相位裕度 (PM) 是在增益曲线穿过零 dB 时测量的。增益裕度 (GM) 是在相位曲线穿过零度标记时测量的。该表显示增益和相位在每个频率下的值。

相位裕量在增益交叉频率处测量，即增益图穿过 0 db 的频率处。相位图上的相应点即为相位裕量。

增益裕量在相位交叉频率处测量，即当相位穿过 -180 度时。由于相位是相对于 -180 绘制的，因此这显示为 0 交叉。在此相位交叉频率处的相应增益值即为增益裕量。

图 21。PSRR 曲线显示了施加到电源输入端的交流信号在电源输出端的衰减。

POWER SUPPLY REJECTION RATIO（电源抑制比）(PSRR)

电源抑制比表征了电源阻止其输入端的交流噪声出现在其直流输出端的能力。要执行 PSRR 测试，需将扫描正弦激励施加到电源输入端。进行此测量需要一个 DC + AC 网络求和设备，例如 Picotest 的 J2120A 线路注入器。

图 22.使用线路注入器可将函数发生器的交流激励信号添加到电源的直流输入端。

5/6-PWR 软件可自动执行扫描，并在每个频率下测量输入输出信号。它计算频带内每个频率下的衰减比（20Log(Vin/Vout)），并在显示屏上绘制测量结果。

图 23. 阻抗测量设置。电源轨探头在直流条件下具有高灵敏度和高阻抗，并提供 50 Ω 交流输入阻抗，以实现低负载。或者，如果可用，也可使用 P6150 探头，或带直流隔离的 SMA 电缆。

阻抗测量

表征配电网络的阻抗有助于确定噪声对系统内部的影响。阻抗曲线表示在特定频段内的阻抗值。被测器件可以是 PDN 的组合阻抗（包括电路板走线和电容器），也可以是器件或子系统，例如电压调节模块 (VRM)。

阻抗测量通常使用矢量网络分析仪执行，但是典型的矢量网络分析仪无法测量低频或测量低于 10 mΩ 的低阻抗值。基于示波器的系统可测量低至 1 Hz 的频率。基于示波器的解决方案还在扫描期间提供了 DUT 输入和输出信号的显示，因此可以观察到时域变化。

在执行分析时，示波器还具有显示时域波形（包括激励信号和响应）的优点。这在矢量网络分析仪中无法实现。

为了执行测量，接地的示波器必须与 DUT 隔离。Picotest J2113A 差分放大器变压器可用于图 23 所示的示例系统中的此目的。50 Ω 功率分配器用于将函数发生器的信号发送到 DUT 和示波器上的通道 1。

**图 24**。阻抗与频率测量图。该曲线有三个峰值，表明阻抗值随频率变化而变化。目标是获得平坦的阻抗曲线图，且所有峰值都低于目标阻抗。光标可用于测量曲线上的任意点。

输出分析

任何 直流电源 的输出都必须评估其调节和噪声。4/5/6-PWR 高级功率测量和分析软件包含用于量化和分类纹波的工具。

工频和开关纹波

简而言之，纹波是叠加到电源直流输出端的交流电压。它以正常输出电压的百分比或峰峰值伏特表示。

电源输出端会显示两种纹波。工频纹波测量与线路频率相关的纹波量。开关纹波测量根据您确定的开关频率从开关电源输出中检测到的纹波量。

输出工频纹波通常是工频的两倍；而开关纹波通常与噪声耦合，并且处于 kHz 频率范围。将工频纹波与开关纹波分离是电源特性分析中最大的挑战之一。功率分析软件大大简化了这项任务。

进行测量

要测量系统的纹波，只需要一个电压探头。差分探头必须连接到系统输出，以测量输出工频和开关纹波电压。

图 25. 5-PWR 的线路纹波配置选项卡。

用于工频纹波和开关纹波的配置选项卡（请参见图 25）非常相似。这两种纹波测量都需要选择输入耦合（交流或直流）模式、所需的带宽限制（20MHz、150/250MHz 或 Full）以及示波器的采集模式——采样、峰值检测或高分辨率（高分辨率）。在线路纹波测量中，必须定义系统的线路频率：50 Hz、60 Hz 或 400 Hz。开关纹波测量要求指定开关频率。

配置完成后，测量结果如图 26 所示。

图 26. 开关纹波结果。

测量结果

峰峰值和 RMS 纹波值：这些是系统线路或开关纹波的峰峰值和 RMS 电压值。

图 27。效率测量，其中使用单个交流电压和电流来确定输入功率，并同时在三个输出上测量功率以求总效率。

效率

器件或产品的高效率是当今竞争环境中一个关键的差异化因素。高级功率测量与分析软件能够帮助您轻松测量电源转换 (AC-DC, AC-AC, DC-DC, DC-AC) 产品的效率。对于拥有多达 3 个输出的电源产品，高级功率测量与分析软件能够帮助设计人员一次性测试整个系统的效率，从而加快测试和验证时间。

图 27 显示了使用演示板和数学信号模拟多输出设备，对具有 1 个输入和 3 个输出的交流-交流转换器进行效率测量的结果。每个输入和输出电压和电流都经过测量 (或在此案例中进行模拟)：

• 通道 3：输入电压
• Ch 4：输入电流
• 通道 7：输出 1 电压。
• Ch 8：输出 1 电流
• 数学 3：输出 2 电压
• 数学 4：输出 2 电流
• Math 6：Output 3 Voltage
• 数学 7：输出 3 电流

请注意在上述示例中使用了自定义标签，这使得识别更加方便。应用软件会根据需要自动创建数学功率波形。在上述示例中，这些波形是自动创建的：

• Math 1：输入 1 功率
• 数学 2：输出 1 功率
• 数学 5：输出 2 功率
• 数学 8：输出 3 功率

**图 28**。效率测量配置允许用户配置信号类型以及最多 3 个输出。

该应用计算被测设备的各个效率和总效率，并将其显示在结果标记中。还可以打开结果表并将报告保存为 .MHT 或 PDF 格式。

图 29。开通时间测量可确定输入电源施加与稳态输出之间的延迟。

Turn On Time（打开时间）

开启时间是指施加输入电压后，达到电源输出电压所需的时间。一个通道用于测量输入，而示波器上的任何剩余通道都可用于测量输出。这使得能够通过单次采集测量多个电源轨。

图 30 。关断时间测量用于查找输入电源移除与接近零的输出之间的延迟。

关闭时间

关闭时间是指在移除输入电压后，使电源的输出电压接近零所需的时间。

交流转直流和直流转直流开启时间测量技术可扩展至验证多输出电源的上电和下电顺序。

电源输出的开启和关闭时序对于终端产品的可靠运行至关重要，并可确保设备不间断运行。设计人员会乐于调整其终端设备，例如当 UPS 在指定时间内恢复稳定状态时。例如，电池持续充电以生成直流输出，逆变器系统持续向交流主电源充电。如果电源发生故障，电池会向逆变器供电。关断时间很重要，这样电池才能在指定时间内激活。

逆变器穿越分析

并网逆变器系统必须包含防孤岛功能，以防止在电网功率波动期间发生意外的孤岛效应。为了满足这些要求，必须根据 CEA、IEEE 1547 和 EVS-EN 50549 等国际标准对逆变器性能进行验证。这些标准包括穿越时间，规定了并网逆变器或“智能逆变器”在电网电压暂降或过压情况下必须继续支持电网的时间。

适用于 4、5 和 6 系列 B 示波器的功率分析软件支持自动防跳闸一致性测试。测量值可在“绿色电源分析”下找到，包括 LVRT（低压穿越）和 HVRT（高压穿越）。

图 31。高级电源测量和分析软件包中提供绿色电源分析 (选件PWR)

这两种测量都依赖于电压和时间模板，这些模板定义了 RMS 电压不得通过的“禁区”。这些模板的限制由标准定义，并且可以定义自定义模板。

低电压穿越 (LVRT) 用于评估逆变器在电网持续跌落时的性能。当 RMS 电网电压降至指定水平时，测量将启动；如果逆变器未能在所需时间内支持电网，示波器会标记故障。

图32。低电压穿越测量设置

类似地，高电压穿越 (HVRT) 是衡量逆变器在过压电网事件期间行为的指标。该测量用于识别逆变器响应在这些扰动期间是否仍保持在规范中定义的电压时间边界内。

进行测量

如图 31 所示，通过测量面板添加了测量，其中包含多个参数。这是一次性测量，参数有助于配置示波器以应对电压暂降或过压事件。

指定测试标准会生成通过/不通过模板。请注意，也可以构建自定义模板。

图 33 。这些标准在穿越测量中受支持。也可以定义自定义模板用于裕量测试或支持专有标准。

标称 RMS 电压可由示波器自动测量或手动指定。当测量配置中的标称电压方法设置为自动时，功率预设功能会捕获逆变器连续输出波形的八个周期，并使用它们自动调整垂直和触发设置。当额定电压方法设置为自定义时，系统不捕获波形；而是，它直接根据用户定义的每单位额定电压应用垂直和触发设置。

***图 34*。这是穿越测量的默认面板。Power Preset (功率预设) 根据配置设置来配置示波器。垂直标度根据测量电压（自动）或用户指定值（自定义）进行设置。所选标准决定水平标度。根据测量（LVRT 或 HVRT），将触发器设置为矮脉冲或边沿触发，并设定适当的电平。单击 Go 按钮将示波器设置为单次采集，并等待触发。***

配置完成后，点击“电源预设”按钮可自动选择合适的标度和触发设置，以采集间歇性电网电压扰动。点击“开始”可使示波器准备进行单次序列操作。

测量结果

图 35 显示了 LVRT 测量结果示例。测量结果显示了首次故障时的电压和时间，并且任何模板命中都会在 RMS 电压测量轨迹上以白色显示。

图35。低电压穿越故障，其中存在 RMS 电压违规。穿越结果根据已定义的电压时间掩码清晰显示，从而易于识别合规性问题。测试限值是根据 CEA、IEEE 1547-2003、IEEE 1547-2018 (CAT-I、CAT-II 和 CAT-III)、EVS-EN 50549 CAT-I 和自定义标准定义的掩码，这些标准定义了逆变器 RMS 电压恢复的边界限值。穿越条件期间的任何掩码命中都会导致测试失败。

报告生成

数据采集、归档和文档编制在设计和开发过程中通常是繁琐但必要的任务。4/5/6-PWR 包含一个报告生成工具，可使测量结果的文档编制几乎不费吹灰之力。

通过使用示波器的“另存为”功能，将生成具有指定布局的最终报告并显示在示波器屏幕上。

图 36。报告提供 .MHT 或 .PDF 文件格式。

摘要

工程师可以使用 4、5 和 6 系列 MSO 示波器上的高级电源测量和分析选件，在极短的设置时间内快速进行准确且可重复的测量。最重要的是，他们无需进行手动计算！示波器应用程序可完成工作，并且通过使用屏幕截图和报告，工程师可以轻松地提供关于仪器设置、波形和测量结果的完整文档。

哪些探头适合您的应用？

4、5 和 6 系列 MSO 示波器与正确的功率探头配合使用时，可实现最佳功率测量性能。示波器配备 TekVPI 探头接口，可实现示波器与探头之间的通信。请参阅 www.tek.com/。有关推荐的差分和电流探头型号（包括 IsoVu 隔离探头和 Rogowski 探头）以及任何必要的探头适配器的附件详细信息。