當(dāng)非線性器件使流入電路的電流失真時(shí)，就會(huì)發(fā)生電流諧波。線性電路只在基礎(chǔ)工頻吸收電流，但非線性電路 在基礎(chǔ)頻率的倍數(shù)上吸收電流，每個(gè)諧波有不同的幅度 和相位。

在電流與諧波流經(jīng)配電系統(tǒng)的阻抗時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓失真。熱量會(huì)在線纜和變壓器中積聚，在連接到電網(wǎng)的開關(guān)電 源數(shù)量提高時(shí)，電網(wǎng)上的諧波失真也會(huì)提高。

因此，業(yè)內(nèi)已經(jīng)設(shè)計(jì)了多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，限制非線性負(fù)載對(duì)功 MIL STD-1399之類的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)限制諧業(yè)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)了IEC61000-3-2和率質(zhì)量的影響。

IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)限制的是注入市電電源系統(tǒng)的電流 諧波。它適用于每一相輸入電流最高16A、連接到公共 低壓配電系統(tǒng) (230伏交流或415伏交流三相 ) 的所有電氣 和電子設(shè)備。該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步分成級(jí) ( 平衡三相設(shè)備 )、 B級(jí) ( 便攜式工具 )、C級(jí) ( 照明設(shè)備和調(diào)光裝置 ) 和D 級(jí) ( 擁有獨(dú)特的電流波形要求的設(shè)備 )。

MIL-STD-1399對(duì)設(shè)備(負(fù)載)提出了技術(shù)規(guī)范和測(cè)試 要求，以保持兼容艦載交流功率系統(tǒng)，從計(jì)算機(jī)和通信設(shè) 備直到空調(diào)。

圖1. 設(shè)置基本電流諧波分析只要求幾個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置這個(gè)實(shí)例。 顯示了針對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)一致性檢查的設(shè)置

4/5/6-PWR分析應(yīng)用可以簡(jiǎn)便地測(cè)量電流諧波。它可以。 以表格方式和圖形方式顯示測(cè)量結(jié)果設(shè)計(jì)人員還可以。 在認(rèn)證之前，迅速比較器件性能與滿足的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檎J(rèn) 證通常會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，而且成本非常高。在示波器中 提供測(cè)量功能，不僅可以加快調(diào)試速度，還可以幫助避 免最后再為了滿足法規(guī)要求而改變?cè)O(shè)計(jì)。

圖2. 使用4/5/6-PWR獲得的諧波結(jié)果。右下方可以看到非正弦電流波形及諧波。諧波條形圖用分貝顯示了諧波內(nèi)容。奇數(shù)諧波最明顯， 但完全落在IEC 61000-3-2極限范圍內(nèi)。

進(jìn)行測(cè)量

使用差分電壓探頭測(cè)量工頻電壓，使用電流探頭測(cè)量工頻電流。

如果您想比較設(shè)計(jì)中的諧波與IEC 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)中的極限，那么必須 確定工頻，必需選擇等級(jí)類型。在C級(jí)和D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，還需要把輸入功率， 功率因數(shù)和基礎(chǔ)電流輸入到系統(tǒng)中分析軟件包將加載預(yù)先確定的極限。 表、對(duì)比測(cè)得諧波與極限、然后將顯示預(yù)一致性測(cè)試結(jié)果、如圖8所示。

圖3. 可以以圖形方式顯示最多400個(gè)諧波。表中顯示了IEC 61000-3-2預(yù)一致性測(cè)試結(jié)果。根據(jù)設(shè)置，分析軟件包將加載預(yù)先確定 的極限表，對(duì)比每個(gè)測(cè)得的諧波與極限。

測(cè)量結(jié)果

結(jié)果標(biāo)簽顯示了選擇的諧波標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)諧波和三階諧波幅度、thd-f、thd-r、RMS值和通過(guò) / 未通過(guò)狀態(tài)。

可以選擇各個(gè)諧波、測(cè)量值在結(jié)果標(biāo)簽、柱狀圖和結(jié)果表之間鏈接起來(lái)。

諧波表包括:

選擇的諧波標(biāo)準(zhǔn)

諧波數(shù)和頻率

幅度 (RMS):諧波測(cè)得的RMS幅度值，單位為dBμA或A

幅度 (%):相對(duì)于基礎(chǔ)頻率的諧波測(cè)得幅度

相位:相對(duì)于頻率基準(zhǔn)的諧波相位，單位為度

極限:指定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波極限

狀態(tài):預(yù)一致性測(cè)試通過(guò) / 失敗狀態(tài)

裕量:實(shí)測(cè)值與極限之差

電流諧波可以用分貝微安 (db μ A) 或安培 (A) 為單位顯示

圖4. 對(duì)通道7上的電流執(zhí)行自動(dòng)浪涌電流測(cè)量和電容測(cè)量

浪涌電流和輸入電容

通常，浪涌電流會(huì)在首次通電時(shí)出現(xiàn)。電源轉(zhuǎn)換器在其 輸入電容充電時(shí)會(huì)汲取相對(duì)較高的電流。初始浪涌之后， 除非發(fā)生其他系統(tǒng)變化，否則電流將維持在穩(wěn)定狀態(tài)。 浪涌電流測(cè)量可提供有關(guān)電源設(shè)計(jì)的重要信息，包括保 護(hù)器件的尺寸。在極端情況下，浪涌電流會(huì)導(dǎo)致交流線 路電壓驟降。

此功率分析軟件支持自動(dòng)浪涌測(cè)量功率分析軟件會(huì)識(shí)。 別浪涌區(qū)域并在顯示器上標(biāo)注，最后計(jì)算該區(qū)域內(nèi)的浪 涌電流。

由于示波器會(huì)對(duì)電壓和電流波形進(jìn)行數(shù)字化處理，因此 軟件還可通過(guò)積分電流找到電荷，然后使用等式c = q/ v測(cè)量系統(tǒng)的輸入電容。除了分析電源啟動(dòng)的特性之外， 動(dòng)態(tài)電容測(cè)量還有助于分析切換裝置中的柵極充電行 為。與其他電容測(cè)量技術(shù)相比，我們使用即時(shí)電流和電 壓波形測(cè)量工作條件下的總電容。

浪涌電流和輸入電容直接相關(guān)，且兩者均可提供重要的 詳細(xì)信息，讓工程師充分了解電源轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)特性。

圖5. 電源接通時(shí)會(huì)發(fā)生浪涌電流波形在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前呈現(xiàn)出逐漸減小的峰值。

圖6.使用4/5/6-PWR進(jìn)行開關(guān)損耗測(cè)量。把瞬時(shí)功率的電流和電壓相乘，可以得到上方軌跡(橙色)。損耗測(cè)量在瞬時(shí)功率波 形上執(zhí)行。每個(gè)損耗區(qū)域都用帶顏色的標(biāo)記標(biāo)出，標(biāo)記與測(cè)量標(biāo)簽對(duì)應(yīng)。底部波形是開關(guān)上的電壓和流經(jīng)開關(guān)的電流。

開關(guān)分析

電源開關(guān)階段的測(cè)量確認(rèn)轉(zhuǎn)換器是否正確運(yùn)行，量化損 耗來(lái)源，確認(rèn)器件在正常范圍內(nèi)工作。

開關(guān)損耗測(cè)量

在各種物理電容器和寄生電容器充電時(shí)，會(huì)發(fā)生開通損 耗，電感器會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，會(huì)發(fā)生相關(guān)的瞬態(tài)電阻損耗。 同樣，在開關(guān)電源關(guān)斷時(shí)，即使市電已經(jīng)拔下，仍會(huì)有能 量放電并與各種元件交互，因此也會(huì)發(fā)生損耗。

進(jìn)行測(cè)量

為了進(jìn)行開關(guān)損耗測(cè)量，示波器必須測(cè)量經(jīng)過(guò)開關(guān)上的 電壓和流經(jīng)器件的電流。開關(guān)損耗結(jié)果如圖11所示。

測(cè)量結(jié)果

噸: 每個(gè)周期開通功率和能量損耗值的均值

Toff:每個(gè)周期關(guān)斷功率和能量損耗值

總計(jì): 每個(gè)周期總平均功率損耗和平均能量值

左右箭頭按鈕可以遍歷開關(guān)周期，放大查看問(wèn)題區(qū)域

還可以在結(jié)果表中查看測(cè)量數(shù)據(jù)這個(gè)表格會(huì)顯示所。 有開關(guān)周期的累積測(cè)量結(jié)果，迅速進(jìn)行復(fù)核。

圖7.Rds(on)測(cè)量Ch1(黃色)波形是FET VDS電壓，Ch2(青色)波形是FET電流。波形會(huì)在相位上呈現(xiàn)反相的狀態(tài)，以正確指 示導(dǎo)通區(qū)域中的電流更大?！皵?shù)學(xué)” 功能將會(huì)繪制RDSon值，且結(jié)果標(biāo)簽會(huì)顯示根據(jù)數(shù)學(xué)波形計(jì)算的最小RDSon值。在圖示這種。 情況下為1.13mOhms。

Rds(on)

T當(dāng)開關(guān)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)并正在傳導(dǎo)電流時(shí)，此測(cè)量可 分析漏極至源極電阻特性動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻是指器件導(dǎo) 通您可以使用的時(shí)兩端的電壓與流經(jīng)裝置的電流之比。 游RDS(on)，標(biāo)選通功能準(zhǔn)的量這是導(dǎo)開關(guān)確地 器件損耗的重要原因。

圖8.晶體管的安全工作區(qū) (SOA) 圖。

安全工作區(qū)

開關(guān)晶體管的安全工作區(qū)(SOA)決定著電壓一定時(shí)可 以安全流經(jīng)晶體管的電流。SOA通常在BJT、MOSFET 或IGBT開關(guān)晶體管的產(chǎn)品技術(shù)資料中作出規(guī)定它表。 示為五CE(對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管為伏DS) 相對(duì)于冰(或身份證) 關(guān)系圖，描 述了晶體管在不劣化或不損壞的情況下可以工作的范 圍。

功率分析軟件可以把器件產(chǎn)品技術(shù)資料中的SOA上傳 到4系列B MSO中，然后您可以在實(shí)際器件上，測(cè)量電 壓和電流。示波器記錄v-i圖，可以指明任何參數(shù)是否 超出SOA。

進(jìn)行測(cè)量

在電源中運(yùn)行晶體管時(shí)，確定晶體管的SOA的主要挑 戰(zhàn)之一、是在各種負(fù)載場(chǎng)景、溫度變動(dòng)和工頻輸入電壓 變化下準(zhǔn)確地捕獲電壓和電流數(shù)據(jù)。4/5/6-PWR自動(dòng)實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)捕獲和分析，簡(jiǎn)化了這一任務(wù)。測(cè)量要求探測(cè)開 關(guān)晶體管上的電壓和流經(jīng)的電流。

下一步是設(shè)置SOA模板，如圖15所示，SOA模板編輯器允許輸入晶 體管的SOA極限，極限在晶體管產(chǎn)品技術(shù)資料中確定，或由您自己的 標(biāo)準(zhǔn)確定。

圖9.使用4/5/6-PWR進(jìn)行SOA測(cè)試。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)落在模板區(qū)域內(nèi)，那么它們是黃色的，表示 “通過(guò)”;如果落在模板區(qū)域外面，那 么它們是紅色的，表示 “未通過(guò)”。在本例中，V-I曲線落在SOA外面，表明開關(guān)器件受到的壓力過(guò)大。

測(cè)量結(jié)果

在設(shè)置完成后，會(huì)顯示SOA測(cè)試結(jié)果，如圖14所示。電壓和電流波 形在XY模式下在一條記錄中繪制。示圖顯示了一個(gè)采集周期的所有 數(shù)據(jù)。

圖10.SOA模板編輯器窗口。模板由一套(電 壓，電流)坐標(biāo)確定，坐標(biāo)來(lái)自開關(guān)器件產(chǎn)品技 術(shù)資料，也可以由用戶自己確定。

結(jié)果標(biāo)簽顯示了器件落在SOA模板外面的次數(shù)，給出了測(cè)試通過(guò) / 未 通過(guò)結(jié)果。