示波器测交流220V差分探头.docx

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示波器测交流220V差分探头

示波器测交流220V（差分探头）

　　差动探针早期主要是用来量测电力系统，电力转换器及转换式电源供应器。

所量测的讯号通常都是相当大的浮动讯号，从数十伏到数仟伏。

近年来由于数字电路的高速化，数字设计及数字传输中大量使用差动讯号，因而出现新型的低压高速差动探针。

它的量测范围很小。

只有几伏甚至零点几伏，但频宽很宽，可高达数GHz。

在现代的示波器量测中，不管是高压型差动探针，或是高速型差动探针，在他们各自的领域中，都是不可或缺的。

二、示波器探棒的选择-电力差动讯号在电力电子电路中，通常有许多相当大的浮动讯号，图二是一个典型的交换式电源供应器（SwitchingPower）的电力电路，我们可以将它以Vd（差动讯号），VCM（共模讯号）及VLINE（电源讯号）来表示。

　　当我们用示波器观测电力电子电路讯号时，如果使用单端探棒，将造成短路，损坏待测物及测试设备，甚至造成测量人员触电等（图三）。

　　电路与示波器的接地端形成短路回路，所以有些量测人员便将示波器的电源接地拆掉，浮接示波器，来避免短路回路的形成（图四），但是，这样就可以解决我们在电力电子电路的量测问题了吗？

让我们就这样的方式来讨论：

　　图四显示，即便将示波器电源接地切断，当我使用多通道量测非共地电路

时，在不同通道单端探棒的接地端，仍然会形成短路回路，造成待测电路或测试设备损坏，同时，在测试设备的接地端，如示波器机壳，BNC接头探棒的接地线等，将会存在VLine或VLine+VCM相当大的浮动电压，一不小心就容易造成人员触电或损坏电路及设备，严重威胁您的生命及财产安全。

如果我们浮接示波器，并只用单一探棒，谨慎地避免接触到任何接地端（图五），这样，就可以解决我们在电力电子电路的量测需求了吗？

恐怕没有那么简单喔！

　　事实上，即使我们将示波器的接地线切断，在示波器对地之间，仍然存在一个电容效应，而探棒的隔离网状接地线可视为一电感（图五），以交换式电源供应器为例，Vd与VCM为快速切换讯号，当我们以单端探棒量测Vd讯号时，VCM的高速Switching讯号将会经由L、C对地振荡产生Ringing 讯号，并在VL二端产生电压降，所以在示波器的输入讯号端会得到正常的Vd讯号加上受干扰的VL讯号（图六）

　　有一个简单的测试方法可以检视存在于探捧接地线上VL的干扰讯号：

　　将探棒的两端，一起接在Vd与VCM之间的同一点上（如图七）, 在示波器的输入端可测得VCM＋VLine 经L.C.振荡后存在L上的干扰讯号VL。

　　也有人尝试在待测电路端加上电源隔离变压器（图八）。

如图八所示, 加了隔离变压器之后，虽然切断了VLine  可免除触电的危险，但是在LC振荡之后，仍然会在探棒产生干扰讯号VL，除此之外，加上隔离变压器还会改变了待测电路输入电力线的条件与特性，当我们要做电力谐波分析、功率量测，EMI、EMC测试时，也会造成量测误差。

　　综合以上几点的说明得知，当我们在进行电力电子电路的量测时，差动式探棒可说是必备工具之一，

3、安全的浮地测量

　　电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。

这是因为：

大多数示波器的”信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。

这样做的结果是：

所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。

该公用连接点通常是示波器机壳，通过使交流电源设备电源线中的第三根导线源线地线，并将探头地线连到一个测试点上。

单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。

这种情况下，我们需要浮地测量。

　　所谓“浮地”测量，即测量的两个点都不处于接地电位，这是一种典型的差分测量。

“信号公共线”与地之间的电压可能会升高到数百伏。

　　此外，许多差分测量还要求抑制高共模信号，以便于评估低电平差分信号，多余的接地电流还会产生烦人的嗡嗡声和接地环路。

用户常常借助那些存在潜在危险的测量技术来解决这些问题。

　　通过切断标准三头AC插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器，切断中线与地线的连接。

将示波器从保护地线浮动起来，以减小地环路的影响。

这种方法其实并不可行，因为在建筑物的布线中中线也许在某处已经与地线相连，是不安全的测量方法，会带来l人身伤害，仪器和电路损坏！

　　此外，它违反了工业健康和安全规定，且获得的测量结果也差。

而且，交流供电仪器在地面浮动时会出现一个大的寄生电容。

因此，浮动测量将受到振荡的破坏。

　　总而言之，将示波器“浮地”非常糟糕的主意，这将导致：

　　――损坏被测器件；

　　――损坏示波器

　　――给人身带来潜在伤害

　　――导致很差的测量精度

　　如何解决

　　最佳解决办法就是使用高共模抑制比的差分探头，因为两个输入端都不存在接地的问题，两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完成，传输到示波器通道的信号是已差分后的电压，示波器无需去掉三线插头的接地端即可实现安全的浮地测量。

比如力科公司的ADP305高压差分探头即是安全测量三相市电的火线与火线、火线与中线间压差的最佳探头。