一種聲光雙控節(jié)能自動開關(guān)的研制(完整版)實用資料

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一種聲光雙控節(jié)能自動開關(guān)的研制夏克祖鄭兆聚一種聲光雙控節(jié)能自動開關(guān)的研制（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）(濰坊高等?？茖W校濰坊261041摘要介紹一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝使用方便的聲光雙控白熾燈節(jié)能自動開關(guān),并分析其工作原理。關(guān)鍵詞:自動控制檢測邏輯節(jié)能開關(guān)引言公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道,長明燈現(xiàn)象十分普遍,造成能源的極大浪費。另外,由于頻繁開關(guān)或者人為因素,墻壁開關(guān)的損壞率很高,既增大了維修量、浪費了資金,又造成了事故隱患。為此,筆者設計并試制成功了一種電路新穎、安全節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的聲光雙控白熾燈節(jié)能自動開關(guān),使用時安裝在原墻壁開關(guān)上方觸摸不到的接線盒處,或者直接替代原墻壁開關(guān)。既避免了長明燈現(xiàn)象,又杜絕了事故隱患。1電路原理及其功能本電路為聲光自動控制白熾燈開關(guān),原理見圖1。白天或夜晚光線較亮時,光控部分將開關(guān)自動關(guān)斷,聲控部分不起作用。當光線較暗時,光控部分將開關(guān)自動打開,負載電路的通斷受控于聲控部分。電路是否接通,取決于聲音信號強度,當強度達到一定程度時,電路自動接通,點亮白熾燈并開始延時,延時時間到,開關(guān)自動關(guān)斷,等待下一次聲音信號觸發(fā)。這樣,通過對環(huán)境聲光信號的檢測與處理,完成電路通斷的自動開關(guān)控制。圖1聲光雙控節(jié)能自動開關(guān)電原理圖2電路組成(1主電路:由整流橋V1~V4、可控硅V5組成,V5為開關(guān)執(zhí)行器件。(2光控電路:由R4和光敏電阻RG組成,其中RG為光檢測元件。(3聲控電路:由麥克風MIC、三極管V7、電容C2及電阻R5~R7組成,其中MIC為聲檢測元件。(4邏輯電平反轉(zhuǎn)及觸發(fā)電路:由四二輸入與非門IC及R1組成。(5延時電路:由R3、C1、V6等元件組成。(6電源電路:由R2、V8、C3等元件組成。3工作原理硅被觸發(fā)導通后,交流電流的正半周經(jīng)V1、V5、V4、EL,負半周經(jīng)EL、V2、V5、V3,在白熾燈EL上得到略低于220V的交流電壓,此時相當于開關(guān)閉合,電路接通,白熾燈發(fā)光。當可控硅的控制極上無觸發(fā)信號時,由于白熾燈在電路中近于純電阻負載,所以可控硅V5能夠正向阻斷,此時相當于開關(guān)斷開,電路呈關(guān)斷狀態(tài)。電路中可控硅的通斷,取決于控制極信號的有無。光敏電阻RG的阻值隨著光照強度的變化而變化,當光照達到一定強度時,阻值變小到與R4分壓后使IC(1腳處于低電平,(1腳所在的與非門被封死,這時不管有無聲音信號輸入,IC(11腳都是低電16中國照明電器CHINALIGHT&LIGHTING2001年第3期逐漸增大,(1腳電位逐漸上升,當(1腳電位上升到邏輯高電平后,即滿足了開門條件,(3腳是否反轉(zhuǎn)只取決于(2腳電位是否達到了邏輯高電平,此時聲控開始起作用。當環(huán)境聲音信號很弱時,三極管V7處于飽和狀態(tài),IC(2腳為低電平,(11腳亦為低電平,V5阻斷。當環(huán)境聲音信號達到一定強度時,通過MIC拾音輸出、C2耦合到V7的基極,使集電極亦即IC(2腳電位隨著聲強而高低變化,當(2腳處于高電平時,由于(1腳早已處于高電平而滿足了與非門反轉(zhuǎn)條件,(3腳低電平,(4腳高電平并經(jīng)V6向C1充電,C1上的電壓不斷升高,當C1上的電壓上升到IC邏輯高電平時,(10腳變?yōu)榈碗娖?(11腳輸入高電平,V5被觸發(fā)導通。此時,C3上的電壓降低,MIC拾音靈敏度降低,V7重新飽和,(3腳為高電平,(4腳為低電平,由于V6的隔離作用,C1上的電壓仍維持(8、(9腳高電平,(11腳也為高電平。C1上充得的電壓通過R3放電,直至C1上的電壓降至IC邏輯低電平時,(11腳變?yōu)榈碗娖?可控硅V5在正、負極間的電壓過零時被正向阻斷,C3上的電壓重新升高,MIC恢復拾音靈敏度,等待下一次聲控信號輸入。IC(8、(9腳電位從高電平降低為低電平的時間,即為開關(guān)接通的維持時間,由C1和R3的數(shù)值確定。參考文獻1陳清山,陳科燕編譯.世界最新晶體管手冊.江西科學技術(shù)出版社,1993,102楊長春.電子報合訂本.電子科技大學出版社,1999,1(本文編輯張志英中國廣東·昌澤電子節(jié)能燈專用膠特點高耐壓、耐高溫、耐腐蝕、無毒、無味、無污染、減少燈管冷爆、快速固化,使用方便。使用說明:1.本產(chǎn)品在使用過程中注意粘合部位的清潔2.若不慎將膠弄入眼中請立即用清水沖洗或遵醫(yī)囑3.本產(chǎn)品固化時間為15分鐘表干,4~6小時完全固化另有磁性材料專用膠地址:廣州番禺市洛溪新城如意二馬路19號:511431:-84583365:-84583365E-mail:lilin@17夏克祖等:一種聲光雙控節(jié)能自動開關(guān)的研制TopFer6800開關(guān)電源自動測試系統(tǒng)由于供電器中充電器(Charge市場需求隨著電信業(yè)的發(fā)展急劇增加,所以充電器的測試需求急迫。而此前的第一代測試系統(tǒng)例如Chroma6000與TopFer6600A都不具有定電壓模式測試功能(CV模式TopFer6800A開關(guān)電源自動測試系統(tǒng),增加了定電壓工作模式,同時涵蓋了Chroma6000與TopFer6600A的全部功能,并做到了完全的兼容性,適合于研發(fā)設計、生產(chǎn)檢測、品質(zhì)控制。而其主要特性如下:效率高采用同步平行之測試架構(gòu)較一般傳統(tǒng)ATS速度快約3-4倍。對各組輸出做同步平行測試,比一般傳統(tǒng)測試系統(tǒng)快約三倍。一般標準的測試程式包括DCVOLTAGE、OVP、OCP…等21項,每臺只需28秒。系統(tǒng)穩(wěn)定度強臺灣華儀研發(fā)之“可程式交流電源供應器”的穩(wěn)定性和可靠性極佳。電子負載由大功率場效應管構(gòu)成,各種參數(shù)和電流大小、電流變化斜率、周期、起動點等全部可由使用者根據(jù)實際應用條件來設定。系統(tǒng)測試由各組電子負載和外部擴展測試單元對各組輸出做同步測試,結(jié)果非常穩(wěn)定。準確度高可以完全根據(jù)SMPS應用特性而模擬電流負載變化的真正狀況,確保測試結(jié)果的精確度。百分百摸擬各種輸入狀態(tài),如開機角度控制、輸入電源干擾之各種現(xiàn)象,提供最準確的測試狀況。DC電壓,使用14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,可測試到小數(shù)點第三位,準確度為0.02%+0.02%FS.雜訊電壓,不同的模式輸入,并有8段低通濾波線路供選擇使用,解析度達1%+1%FS時間,使用24位計數(shù)器,解析度1us,準確度10us。擴充性強AC/DC、DC/DC可由同一測試程式完成,硬體不須更動,19#標準架構(gòu),具最靈活的擴充性。輸出電壓可測試到200V,負載電流可并聯(lián)擴充,動態(tài)負載達125KHZ等。系統(tǒng)可測到12組輸出系統(tǒng)軟體可擴充至AC/DC、DC/DC等各種SPS的測試。透過EMU自帶的6組繼電器和16位的TTL控制信號可與其它儀器設備連線作業(yè)。透過10組外部擴展測量端口,可測至線路板內(nèi)的AC和DC電壓模擬在線內(nèi)部測試。統(tǒng)計分析能力具有測試結(jié)果統(tǒng)計分析能力,并產(chǎn)生分析圖表,以即時提供制程偏差預警。其他系統(tǒng)程式人性化,操作簡單易學。組立式系統(tǒng),維修容易。伴隨著資訊、通信產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,促使制造商以推動生產(chǎn)線自動化大量生產(chǎn),以降低生產(chǎn)成本、以厚實其競爭力來因應,交換式電源供應器的需求量大幅增長,TopFer6800A憑借其優(yōu)異性能及測試速度快的優(yōu)點,協(xié)助制造業(yè)者達到競爭力的目標。綜合測試項目ComprehensiveTestitems:1、直流輸出電壓DCoutputvoltage2、直流輸出電流DCoutputcurrent3、峰對峰值雜訊Peak-Peaknoise4、有效值雜訊RMSnoise5、暫態(tài)反應時間Transientresponsetime6、暫態(tài)電壓Transientspike7、電壓穩(wěn)定度Voltageregulation8、電流穩(wěn)定度Currentregulation9、綜合穩(wěn)定度測試Totalregulationtest10、開機時序TurnONtime11、上升時間Risetime12、下降時間Falltime13、開機時間Hold-uptime14、額外量測Extratimingtest15、浪涌電流測試Inrushcurrenttest16、過沖電壓Overshootvoltage17、電源備妥信號(PGPowergoodsignal18、電源失效信號(PFPowerfailsignal19、開啟電源供應器信號P/SONsignal20、輸出上升波形Powerupsequence21、輸出下降波形Poweroffsequence22、效率Effciency23、輸入有效值電流InputRMScurrent24、輸入峰值電流Inputpeakcurrent25、輸入功率Inputpower26、輸入電流諧波Currentharmonicsagainstregulations27、輸入功率因數(shù)Inputpowerfactor28、輸入電壓緩升/降測試Inputvoltageramp29、輸入頻率緩升/降測試Inputfreq.ramp30、輸出電壓順序Tracking31、短路測試Shortcircuittest32、短路電流測試Shortcircuitcurrent33、過電壓保護OVprotection34、低電壓保護UVprotection35、過載保護OLprotection36、過功率保護OPprotection37、擴充量測Extendedmeasure38、測試中調(diào)整In-testadjustment39、輸入斷電測試ACcycledropout40、輸入電源失真模疑PLDsimulation41、GPIB讀/寫GPIBread/write42、TTL信號控制TTLsignalcontrol43、繼電器控制Relaycontrol44、條碼讀取Barcodescan45、動態(tài)測試Dynamictest46、定電壓模式下的電流測量DCCurrentunderc.v.1、外部擴展量測單元(ExtendedMeasuremeatUnitTopFer6601ExtendedMeasuremeatUnit是專為TopFer6600A和TopFer6800AATE設計的特殊功能模組,它可增強系統(tǒng)測試能力:TopFer6601具有以下功能:執(zhí)行短路測試并量測I及Irms;執(zhí)行OVP/UVP測試并量測跳脫點及跳脫時間:輸入端測試,量測Iinrush、Ipk、Vrms、TruePower及PowerFactor;量測電源供應器內(nèi)部接點(可至10點的電壓(Vdc及Vrms:四組輸入電源選擇端口;可控制可程式交流電源供應器之輸出在任何相位角供給電源;可模擬輸入電源瞬間斷電(Dropout,最短時間可到650mS;有6對內(nèi)建的繼電器及16位TTL控制信號供自動運行測試;因為TOPFer6601是專為TopFer6600A或TopFer6800A系統(tǒng)而設計的,所以只能透過TopFer6600A系統(tǒng)或TopFer6800A系統(tǒng)的測試程式控制,而無法用一般IEEE-488指令來驅(qū)動它。UUTINPUTPAPAMETER2、交流電源供應器:6100seriesTopFer或者華儀電子6100全系列的可程式交流電源供應器,提供純凈可變壓、變頻的交流電源,可程式輸出啟始角度的設定(0-360°與同步輸出TTL觸發(fā)訊號,可模擬於任何狀況下啟動測試所要測試的被測物?？蛻艨梢砸喇a(chǎn)品的需求選購適合的可程式電源供應器與系統(tǒng)組合。6100SeriesACProgrammablePowerSource(500va~5kva3、可程式直流源供應器:XHRseriesXHR系列直流電源供應器為一高性能、高穩(wěn)定性之直流電源設備,提供600W~1KW的直流功率輸出,可應用于各種消費性、工業(yè)及航天電子產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)測試與品管檢驗。XHR系列具備功率因素修正電路,可提高輸入功率因素達0.98以上,符合IEC標準的要求,更可以降低輸入電流,提高整機效率達80%以上。藉由隔離的遠端類比控制介面,可使本設備在低噪音和高精確度下供應滿載的輸出功率。使工程師在各種應用上都能得到值得信賴的測試結(jié)果?！駜?nèi)置功率因素修正線路,可提高輸入功率因素達0.98以上●過溫度保護功能●可選購GPIB控制介面●過電壓保護功能(OVP4、6850可程式電子負載●測試速度快、效率高。●為“被測電源”提供全功能測試,能滿足生產(chǎn)品質(zhì)管理和研發(fā)之用?！衲軠蚀_的模擬“被測電源”的各種負載狀態(tài)。例如:靜態(tài)、動態(tài)和瞬態(tài)?！衲軠蚀_的模量測:直流電壓、峰峰值的漣波、有效值的漣波、電壓變化率與瞬態(tài)時間。●增加CV測試模式,可滿足adapter、charge等產(chǎn)品的定電壓測試要求。●STN藍色、240*60點陣LCD顯示?！駧е形氖謩硬僮髂Ｊ??！裨OCV/CC控制口或本身Bits(ABCD控制。6850Specifications陳小姐/153********QQ:2399264253東莞市創(chuàng)銳電子電子技術(shù)0-10V/0-100V12bits0.05%F.S@Vf.s=10V0.02%+0.05%F.S@Vf.s=100VFreq.25Hz-20KHzPk-PkdetectorRange0-1V/0-10VFreq.25Hz-1000KHzRMSnoiseRange0-1V/0-10VFreq.25Hz-1000KHzCurrentRange0-1A/0-50ATimingRange0-16secRangeConstantVolbage1-50VResolution14bitsResolution1usResolution14bitsAccuracy0.2%+2%F.S.@1A0.2%+0.7%F.S.@51AAccuracy10us+100PPMAccuracy0.07%+0.08%F.S@Vf.s=10V0.07%+0.08%F.S@Vf.s=100VResolution14bitsAccuracy1%+10mVResolution14bitsAccuracy1%+10mV61. 引言/Introduction此文件描述一般開關(guān)電源供應器的測試儀器及其特性。Thisdocumentdescribesgeneralequipmentusedinswitchingpowersupplytestingandtheircharacteristics.-示波器/Oscilloscope.-電壓探頭/Voltageprobe.-交流電流探頭/ACcurrentprobe.-數(shù)字式電壓表/DVM.-有效值表/RMSmeter.-功率表/Powermeter.-溫度測量表/Temperaturemeasurement.-電子負載/Electronicload.-交流電源/ACsource.-臺式直流電源/BenchtopDCpowersupply.2. 示波器/Oscilloscope是用來顯示一個或多個隨時間快速變化的電量的設備。這個電量通常是指開關(guān)電源測試中的電壓或電流。大多數(shù)示波器是用CRT(陰極射線管)顯示的﹐數(shù)字存儲型示波器也有用液晶顯示的。Aninstrumentthatproduceavisibleimageofoneormorerapidlyvaryingelectricalquantitieswithrespecttotime.Thequantitiesareusuallyavoltageorcurrentinswitchingpowersupplytesting.ThemostusualtypeofoscilloscopeuseCRT(cathoderaytube)display,LCDdisplayisalsoavailablefordigitalstoragetype.2.1 示波器類型/Typeofoscilloscope模擬示波器﹕不能存儲。水平掃描是在示波器內(nèi)部產(chǎn)生的(除用XY模式)。射線束在垂直方向的位置﹐隨CH1或CH2的輸入信號而變化。Analogscope:Nostorage.Thehorizontalsweepisgeneratedinternallyintheoscilloscope(exceptinXYmode).TheverticalpositionofbeamonthedisplaywillvaryaccordingtheinputsignaltoVERT(CH1orCH2).數(shù)字存儲示波器﹐矢量顯示(Tektronix2232)﹕對于非存儲模式﹐類似仿真示波器。對于存儲模式﹐首先﹐輸入信號經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲在存儲器中﹐存儲后的信號再經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換﹐然后調(diào)整光束的垂直位置。這種類型的示波器現(xiàn)在已經(jīng)逐步被淘汰。Digitalstoragescope,vectordisplay,(Tektronix2232):﹐Innon-storemode,thiskindofscopeissameasananalogscope.Instoragemode,theinputsignaltoVERTisfirstconvertedwithA/Dandstoredinmemory,thenthecontentofthememorywillbeconvertedbacktoanalogsignalwithD/Aandmodulatetheverticalpositionofthebeam.Thistypeofscopeisphasingoutnow.數(shù)字存儲示波器﹐監(jiān)控顯示(TektronixTDS3012)﹕這種顯示是監(jiān)控顯示(類似計算機顯示)。首先﹐輸入信號必須由模/數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲在存儲器中。這類示波器沒有類似仿真示波器的功能。Digitalstoragescope,monitordisplay(TektronixTDS3012):Thedisplayisamonitordisplay(similartocomputerdisplay).TheinputsignalmustbeconvertedwithA/Dandstoredinmemoryfirst.Thiskindofscopecannotfunctionasananalogscope.2.2 重要的控制/Importantcontrol垂直/Vertical.垂直增益(伏/格)/Verticalgain(V/div).垂直位置/Verticalposition直流耦合/DCcoupling交流耦合/ACcoupling水平/Horizontal時間/格/Time/div.水平位置/Horizontalposition.觸發(fā)/Trigger為了使波形的起點在每個屏幕的位置相同﹐使用觸發(fā)是必要的﹐否則不能顯示穩(wěn)定的波形。Tiggerisrequiredsothatthestartpointofthewaveformoneveryscreenisthesame,otherwisenostablewaveformcanbeseenonthedisplay.源﹕CH1,CH2,Line等。/Source:CH1,CH2,Line,Ext.電平/Level.沿﹕+-。/Slope:+-.偶合﹕直流﹐交流﹐高頻濾除﹐TV。/Coupling:DC,AC,HFRej,TV.觸發(fā)延遲時間。/Triggerholdtime.2.3 使用注意事項/Precautioninuse.接地問題/Earthingproblem.通常﹐示波器的地是與安全地相連﹐而測試電路中的地對于對安全地來說是必需浮動的。Ingeneral,thescopegroundisconnectedtosafetyearth,whilethegroundofcircuitundertestshallbefloatingwithrespecttosafetyearth.示波器的地不能接到任何高壓變動的一端。Scopegroundshallnotbeconnectedtoanynodewithhighvoltageswing.測量兩個變動端之間的電壓波形(例如﹐前置轉(zhuǎn)換整流器)﹐必須用相減的方法﹐例如CH1-CH2。Tomeasurethevoltagewaveformacross2swingingnode(e.g.forwardconverterrectifier),differentialmethodshallbeused,i.e.CH1-CH2.如果測試電路是浮動的﹐示波器的地也可以接到除地以外的其它直流電平處。然而﹐兩個探頭的地不可以接到兩個非隔離的不同直流電平的地方。ScopegroundmaybeconnectedtootherDClevelinthecircuitotherthangroundprovidedthecircuitundertestisfloating.However,2probegroundmustnotbeconnectedto2differentnon-isolatedDClevel.數(shù)字示波器問題/Digitalscopeproblem數(shù)字示波器不是很適合測量紋波。模擬示波器的亮度調(diào)節(jié)可以讓你區(qū)分100HZ的紋波﹐開關(guān)紋波及尖峰。對于數(shù)字示波器﹐如果尖峰很高﹕在取樣模式中﹐尖峰會被顯示成隨機幅度的尖峰。在峰值檢測模式中﹐其它紋波成份會被掩蓋。Digitaloscilloscopeisnotverysuitableforripplemeasurement.Theintensitymodulationinanalogscopeletyoudistinguish100Hzripple,switchingripple,andspike.Indigitalscope,ifthespikeishigh:Insampleacquisitionmode,itwillbeshownasrandomamplitudespikes.Inpeak-detectmode,itwillmaskallotherripplecomponent.TDS340每個屏幕取500個樣。很多細節(jié)會在取樣模式中丟失。對于有尖峰的波形﹐尖峰的幅度是隨機的﹐并且在連波中會不同的。TDS340captures500samplesperscreen.Manydetailsmaybelostinsampleacquisitionmode.Forwaveformwithspkies,themagnitudeofspikewillberandomanddifferentonconsecutivewaveform.TDS3012/3014每個屏幕取樣10,000個。TDS340中對于有尖峰的波形﹐尖峰的幅度會更加穩(wěn)定。如果尖峰幅度依然變化﹐尖峰的寬度必定很窄﹐水平時間/格必須設定很快才能得到其穩(wěn)定的尖峰幅度。TDS3012/3014capture10,000samplesperscreen.Forwaveformwithspikes,themagnitudeofspikewillbemuchmoreconsistentthanwithTDS340.Ifthespikeamplitudeisstillvaryingbetweenwaveforms,thenthespikewidthmustbeverynarrow,thehorizontaltime/divshallbesetfastertoobtainconsistentspikeamplitude.3. 電壓探頭/Voltageprobe3.1 電壓探頭的類型/TypeofvoltageprobeX1探頭﹕沒有衰減﹐輸入阻抗跟示波器輸入阻抗一樣(通常是1兆歐)。由于對測試電路有很大的負載影響﹐所以很少使用這種探頭。X1probe:noattenuation,inputimpedancefollowthatofscopeinputimpedance(usually1Mohm).Thistypeofprobeisseldomusedbecauseofheavyloadingeffectoncircuitundertest.X10探頭﹕衰減10倍﹐當使用的示波器的輸入阻抗為1兆歐其輸入阻抗為10兆歐﹐輸入電容大約為13pF。對直流和低頻輸入電壓的峰值上限為600伏。X10probe:attenuationof10:1,inputimpedance10Mohmwhenusedwithascopeof1Mohminputimpedance,inputcapacitancearound13pF.Inputvoltagepeaklimitedto600VforDCandlowfrequency.X100探頭﹕例如TektronixP6009﹐衰減100倍﹐當使用的示波器的輸入阻抗為1兆歐其輸入阻抗為10兆歐﹐輸入電容約為2.5pF。對直流和低頻輸入電壓的峰值上限為1500伏。X100probe:e.g.TektronixP6009,attenuationof100:1,inputimpedance10Mohmwhenusedwithascopeof1Mohminputimpedance,inputcapacitacne2.5pF.Inputvoltagelimitedto1500VforDCandlowfrequency.3.2 使用注意事項/Precautioninuse無論何時X10和X100的探頭與示波器組合改變﹐都需要用示波器上的方波校正探頭的高頻響應。Wheneverascope/probecombinationforX10andX100probechanges.Recalibratethehighfrequencyresponseoftheprobewiththesquarewaveonthescope.對于低頻和邏輯測量﹐如有任何從示波器的地到電路地的連接﹐探頭的地就可以不接。Forlowfrequencyandlogicmeasurement,anygroundconnectionfromscopegroundtocircuitgroundisOK,theprobegroundmaybeleftopen.對于高頻或低幅值測量﹐探頭的地應接到測試電路中的適當位置。Forhighfrequency,orlowamplitudemeasurement,probegroundshallbeconnectedtoappropriatepointsinthecircuitundertest.探頭的電容會對測試電路有影響﹐例如﹐當測量振蕩器的時候電容會降低振蕩頻率。Theprobecapacitancemayaffectthecircuitbeingmeasured,e.g.thecapacitancemaylowertheoscillatingfrequencywhenmeasuringanoscillator.探頭不要接觸熱的部位﹐例如﹐TO-220金屬板﹐或正在焊錫中的零件腳。Donotclipprobetohotparts,e.gTO-220metalplate,orcomponentsleadthatarebeingsoldered.4. 交流電流探頭/ACCurrentprobe交流電流探頭是利用電流變壓器的原理來測試電流的﹐它的中心部分可以打開和卡緊在有電流流過的導線上。電壓會按照某個比率產(chǎn)生在端口。只有高于某些頻率的交流電流才能被準確的測到。ACcurrentprobeactasacurrenttransformerwhichthecorecanbeopenedandclampedonacurrentcarryingconductor.Avoltagewillbedevelopedattheterminationatcertainratio.OnlyACcurrentabovecertainfrequencycanbemeasuredaccurately.4.1 使用注意事項/Precautioninuse交流電流探頭不能用來測量低頻電流波形。(例如TektronixP6021﹐10mA/mV文件3dB的截止頻率點為120Hz﹐2mA/mV檔為450Hz)。ACcurrentprobeshallnotbeusedtomeasurelowfreqeuncycurrentwavform.(e.g.TektronixP6021,3dBpointis120Hzat10mA/mV,450Hzat2mA/mV).對于P6021﹐電流波形峰值不能超過15Amp。Currentwaveformshallnotexceed15AmppeakforP6021.5. 數(shù)字式電壓表/DVM5.1 直流電壓測量/DCvoltagemeasurement基本功能是將直流電壓轉(zhuǎn)換成容易讀出的數(shù)字顯示。根據(jù)精密的需求分為﹐三位半﹑四位半﹑五位半數(shù)字顯示或更多位顯示的。ThebasicfunctionistoconvertaDCvoltageintoadigitaldisplaywhichcanbereadeasily.Dependingonaccuracyrequired,31/2digit,41/2digit,51/2digitdisplayormoreisavailable.有相對較高的準確性﹐例如三位半數(shù)字顯示精確度0.1%﹐四位半的為0.03%。Accuracyisrelativelyhigh,e.g.0.1%for31/2digit,0.03%for41/2digit.數(shù)字式電壓表通常有10兆歐的輸入阻抗。當測量高阻抗電路時﹐可能會有影響。DVMusuallygotaninputimpedanceof10Mohm.Theremaybeloadingeffectwhenmeasuringhighimpedancecircuit.5.2 直流電流測量/DCcurrentmeasurement對于直流電流測量﹐在電流通道串聯(lián)一電流分流器﹐將電流轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。ForDCcurrentmeasurement,acurrentshuntisplaceinseriesinthecurrentpathandconvertthecurrenttoaDCvoltagesignal.5.3 交流測量/ACmeasurement對于交流電壓測量﹐利用有效值轉(zhuǎn)換電路或精密整流器電路將交流信號轉(zhuǎn)換成直流電壓。ForACvoltagemeasurement,anrmsconvertercircuitoraprecisionrectifiercircuitconverttheACsignalintoaDCvoltage.有兩種類型的交流電壓表。一種是真正的有效值響應﹐例如GDM8145。另一種是平均值響應﹐但顯示為正弦波的有效值﹐例如GDM8135。這種平均值響應特性不適合于開關(guān)電源穩(wěn)壓器的交流輸入電流的測量﹐因為電流并非是正弦波。Thereare2kindofACvoltmeter.OneistrueRMSresponding,e.g.GDM8145.TheotherisaveragerespondingbutcalibratedtodisplayRMSreadingforsinewaveonly,e.g.GDM8135,thisaveragerespondingcharacteristicisnotsuitableformeasurementofswitchingpowersupplyinputACcurrentwhichisnotsinusoidal.通常﹐一般用途的DVM表只有測量從50Hz到10KHz的交流較為精確。UsuallyACmeasurementisaccuratefrom50Hzto10KHzonlyforgeneralpurposeDVM.5.4 電阻測量/Resistancemeasurement對于電阻的測量﹐數(shù)字式電壓表會送出一個小電流并且測量表筆兩端的電壓﹐因此電阻的引腳電阻也被包含在內(nèi)。對于大阻值電阻﹐其引腳電阻是可忽略的。Forresistancemeasurement,theDVMwillpumpoutasmallcurrentandmeasurethevoltageacrossthe2terminals,sotheresistanceofthe2leadisincluded.Forhighresistancemeasurement,theleadresistanceisnegligible.數(shù)字式電壓表在測量低于20奧姆的電阻時﹐會因為引腳的電阻而使測量不準確。除非它是一個四線奧姆表。DVMisnotaccurateinmeasuringresistancebelow20ohmduetotheleadresistance,unlessitisa4wiredohmmeter.低阻值的測量也可以通過流過的電流﹐并且用Kelvin接觸法測量電壓﹐用電壓除以電流的方法來計算阻值。LowresistancemeasurementcanalsobedonebypumpingacurrentthroughtheresistorandmeasurethevoltageacrossitwithKelvincontactmethod,thenuseV/Itocalculatetheresistance.5.5 使用注意事項/Precautioninuse通常紅﹑黑端對地來說是浮動的。然而﹐在黑端與地之間有高電容。因此黑端不能接在有變動高電壓的點上。Usuallyboththeredandblackterminalarefloatingwithrespecttoearth.However,thereishighcapacitancebetweenblackterminalandearth.Sotheblackterminalshallnotbeconnectedtonodeswithhighvoltageswing.最大電壓限額的處理﹐例如GDM8135。Takecareofmaximumvoltagelimit,e.g.GDM8135.直流電壓﹕最大為1200V。/DCvoltage:1200Vmaximum.交流電壓﹕最大為1000V。/ACvoltage:1000Vmaximum.共模電壓﹕峰值為1200V或者最大有效值為500V。(不要將黑端接到和安全地超過500Vrms的電壓上)Commonmodevoltage:1200Vpeakor500Vrmsmaximum.(donotconnecttheblackterminaltoanyvoltagehigherthan500Vrmswithrespecttosafetyearth.)6. 有效值表/RMSmeter有效值表用來測量高頻的交流電壓(>10KHz)﹐在該頻率上普通數(shù)字式電壓表會不準確。RMSmeterisusedformeasuringhighfrequencyACvoltage(>10KHz)whichordinaryDVMbecomesinaccurate.6.1 原理/Theory熱效應有效值--直流轉(zhuǎn)換器﹐頻率響應可高達10MHz。ThermalRMS-DCconverter,frequencyresponsecanbeveryhigh,upto10MHz.模擬計算方法﹐利用對數(shù)--平方--反對數(shù)。頻率響應較差﹐這種類型的IC較為普遍。Analogcalculationmethod,uselog-square-antilog.Frequencyresponseisnotsogood.ThistypeofICismorecommon.6.2 使用注意事項/Precautioninuse對于Fluke8921A﹐紅黑兩端對大地來說是浮動的。然而﹐黑端與地之間有很大電容。因此黑端不能接到有變動高電壓的一端。ForFluke8921A,boththeredandblackterminalarefloatingwithrespecttoearth.However,thereishighcapacitancebetweenblackterminalandearth.Sotheblackterminalshallnotbeconnectedtonodeswithhighvoltageswing.最大電壓限額的處理﹐例如Fluke8921A。Takecareofmaximumvoltagelimit,e.g.Fluke8921A.差模電壓﹕最大為700Vrms。/Differentialvoltage:700Vrmsmaximum.共模電壓﹕最大為500Vrms。/Commonmodevoltage:500Vrmsmaximum.適合有效值表測量的范圍﹐/SuitablefortrueRMSmeasurementfrom,當選擇交流+直流﹐從直流到20MHz(3-5%的誤差)。/DCto20MHzwhenAC+DCisselected(3-5%error).當選擇交流﹐從20Hz到20MHz(0.5-5%的誤差)。(誤差跟頻率和振幅有關(guān))/20Hzto20MHzwhenACisselected(0.5-5%error).(errordependonfrequencyandamplitude)7. 功率表/Powermeter功率表用來測量開關(guān)電源的以下四個參量。Powermetercanbeusedtomeasurefollowing4parameterstoaswitchingpowersupply.輸入電壓的有效值/RMSinputvoltage.輸入電流的有效值/RMSinputcurrent.真實的輸入功率/Trueinputpower.輸入功率因子/Inputpowerfactor7.1 原理/Theory功率表是通過將瞬間的輸入電壓和輸入電流相乘﹐然后取平均值來得到真實的輸入功率。Powermetermeasuretruepowerbymultiplying(analogmultiplication)theinstantaneousinputvoltageandinputcurrent,theproductisthenaveragedout.通常有四個端口﹕兩個為輸入電壓﹐兩個為輸出負載(至測試中的開關(guān)電源)Usuallythereare4terminals:2forinputvoltage,2foroutputload(toswitchingpowersupplyundertest).輸入電壓和輸出負載的高端在功率表內(nèi)短接﹐輸入電壓和輸出負載的低端在功率表內(nèi)部通過一個電流測試電阻連接在一起。因此電壓和電流都能測量。TheHiterminalsofinputvoltageandoutputloadareshortedinsidepowermeter,theLoterminalsofinputvoltageandoutputloadareconnectedbyacurrentmeasuringresistorinsidepowermeter.Thusboththevoltageandcurrentcanbemeasured.8. 溫度表/Thermometer溫度表用來測量溫度。大多數(shù)的數(shù)字溫度表都配用K型的熱電偶。Thermometerisusedfortemperaturemeasurement.InmostcaseadigitalthermometerplusK-typethermalcoupleisused.8.1 原理/Theory熱電偶是由末端相連的兩塊不同材質(zhì)的金屬組成。如果兩個連接點維持不同的溫度﹐那么會產(chǎn)生一個emf(電動勢)﹐溫度差別越大﹐產(chǎn)生的emf就相應越強。Athermocoupleismadeof2differentmetalsjointateachend.Ifthe2junctionsaremaintainedatdifferenttemperaturesanemf(electromotiveforce)isdeveloped,thegreaterthetemperaturedifferencethehighertheemfgenerated.實際應用中﹐熱電偶的一個末端扭在一起﹐粘于被測設備上﹐另一端分開連接到數(shù)字溫度計上。數(shù)字溫度計本身保持在一個已知的溫度上(有個內(nèi)部的部件可以測量這個已知的溫度)。測量到的emf轉(zhuǎn)換成溫度差別。這樣﹐設備溫度=溫度差別+數(shù)字溫度計自身溫度。Inpracticeoneendofthethermocoupleistwistedtogetherandattachedtothebodyofadevicetobemeasured,theotherendisseparatedandconnectedtoadigitalthermometer.Thedigitalthermometerismaintainedataknowntemperature(thereisaninternalcomponenttomeasurethisknowntemperature),theemfmeasuredisconvertedintoatemperaturedifference.Then,devicetemperature=temperaturedifference+digitalthermometertemperature.8.2 使用注意事項/Precautioninuse熱電偶的測試末端應對風屏蔽。Themeasurementendofthermalcoupleshallbeshieldfromwind.如果測量設備很小﹐熱電偶的熱傳導效應顯著﹐則測量的溫度會較低。Ifthemeasuredeviceissmall,theheatconductioneffectofthermalcouplesignificant,measuredtemperaturewillbelower.熱電偶必須連續(xù)的連接在測量設備與溫度計中。如果中間有其它節(jié)點﹐則該節(jié)點的溫度必須與數(shù)字溫度計本身的溫度相同。Thermalcouplemustbecontinuousfromthemeasureddevicetothedigitalthermometer.Ifotherjunctionsareinsertedinbetween,thosejunctionsmustbeatsametemperatureasthedigitalthermometer.9. 電子負載/Electronicload電子負載是用來作為一個可調(diào)負載。/Electronicloadisusedasanadjustableload.9.1 操作模式/Modeofoperation電子負載可以設置為恒流﹐恒阻和恒壓模式。Electronicloadcanbesetforconstantcurrent,constantresistanceandconstantvoltageoperation.恒流模式(CC)﹕/Constantcurrentmode(CC):通常能夠調(diào)節(jié)兩個電流。從一個電流轉(zhuǎn)換到另一個電流只需簡單的一個按鈕﹐或者在一個可以調(diào)節(jié)的頻率下自動切換。這種模式很方便用來開關(guān)電源的動態(tài)負載測試。當開關(guān)電源處于恒流模式﹐則不可以使用電子負載的恒流模式。否則﹐電子負載只能是完全導通或完全截止﹐直到開關(guān)電源改變到恒壓模式。Usually2currentscanbepreset.Changingfromonepresetcurrenttoanothercanbesimpleaspressingabutton,orswitchautomaticallyatanadjustablefrequency.Thismadeitveryconvenientfortestingperformanceofswitchingpowersupplyatstepload.CCmodecannotbeusedwhenpowersupplyundertestisoperatinginCCmode.Otherwiseelectronicloadwillbeeitherfullyonorfullyoffuntilpowersupplychangetoconstantvoltagemode.恒壓模式(CV)﹕/Constantvoltagemode(CV):在這種模式中﹐電子負載相當一個可變的穩(wěn)壓管。當開關(guān)電源處于恒壓模式﹐則不可以使用電子負載的恒壓模式。否則﹐電子負載只能是完全導通或完全截止﹐直到開關(guān)電源改變到恒流模式。Prodigit的電子負載沒有恒壓模式。Inthismodetheelectronicloadbehaveasavariablezener.CVmodecannotbeusedwhenpowersupplyundertestisoperatinginCVmode.Otherwiseelectronicloadwillbeeitherfullyonorfullyoffuntilpowersupplychangetoconstantcurrentoperation.Prodigitelectronicloaddonothaveconstantvoltagemode.恒阻模式(CR)﹕/Constantresistancemode(CR).在這種模式中﹐電子負載相當一個可變電阻。恒阻模式的設置可以是用來測試工作于恒壓模式或恒流模式的開關(guān)電源﹐柏怡自制的電子負載無恒阻模式。Inthismodetheelectronicloadbehaveasavariablereistor.ConstantresistancesettingmaybeusedtotestpowersupplythatworkineitherCVandCImode.PIbuiltelectronicloaddonothaveCRmode.9.2 輸入電壓的范圍/InputvoltagerangeKikusui的電子負載﹐最大輸入電壓是在直流60伏。對于最小輸入電壓﹐當輸入電壓大于1.8伏時﹐它會在一定延遲后導通﹔如果輸入電壓低于1.4伏便截止。ForKikusuielectronicload,themaximuminputvoltageis60Vdc.Forminimuminputvoltage,itwillstarttoconductaftersomedelaywhenVinisabove1.8V,andstopconductwhenVinisbelow1.4V.Prodigit的電子負載﹐最大輸入電壓是在直流60伏。對于最小輸入電壓﹐當輸入電壓大于1.2伏時﹐它會導通﹔如果輸入電壓低于0.4伏便截止。ForProdigitelectronicload,themaximuminputvoltageis60Vdc.Forminimuminputvoltage,itwillstarttoconductwhenVinisabove1.2V,andstopconductwhenVinisbelow0.4V.9.3 使用注意事項/Precautioninuse電子負載不適用于測試開關(guān)電源的起機特性。Electronicloadisnotsuitabletotestthestartupcapabilityofswitchingpowersupply.對于Kikusui的電子負載﹐從輸入電壓加入到拉默認值電流﹐期間有10毫秒的延遲。在這10毫秒期間并不拉電流。這種負載對開關(guān)電源來說要比電阻負載容易啟動。ForKikusuielectronicload,thereisa10msecdelayfromapplyinginputvoltagetodrawingpresettedcurrent.Duringthat10msecnocurrentisdrawn.Thisloadiseasierforpowersupplytostartupthanresistorload.移除輸入電壓后﹐如果在90毫秒內(nèi)輸入電壓重新加入﹐電子負載會拉一個比默認值大很多的電流。(例如﹐默認值為0.2A﹐但是電子負載會在1毫秒內(nèi)拉3A的電流。)Afterremovalofinputvoltage,theelectronicloadisreadytosinkamuchlargercurrentthanthepresetoneifvoltageisre-appliedwithin90msec.(e.g.preset0.2A,buttheelectronicloadcandraw3Aforabout1msecandthanresume0.2Awhenvoltageisre-appliedwithin90msec).如果電壓移除大于90毫秒﹐電子負載會照例在輸入電壓后10毫秒才拉電流。Ifthevoltageisremovedformorethan90msec,theelectronicwillstarttosinkcurrent10msecaftertheapplicationofvoltageasusual.對于Prodigit電子負載﹐在輸入電壓到有拉電流期間并無延遲。這種負載對開關(guān)電源來說﹐比電子負載更難啟動。ForProdigitelectronicload,thereisnodelayfromapplyinginputvoltagetodrawingpresettedcurrent.Thisloadismoredifficultforpowersupplytostartupthanresistorload.負輸入電壓問題/Problemwithnegativeinputvoltage盡管電子負載的紅黑端都是浮動的﹐黑端與大地間的電容卻很大。因此﹐電子負載不適合作為負電壓的負載。用電子負載測量紋波的時候﹐電源噪聲會增大。AlthoughbothRedandBlackterminalofelectronicloadarefloating.Thereishighcapacitancebetweentheblackterminalandearth,sotheelectronicloadisnotsuitableasloadfornegativevoltage.Thisisespeciallynoticeablewhenripplemeasurementisconcerned,humwillarise.10. 交流源/ACsource交流源可以更好的代替變隔離壓器+調(diào)壓器。ACsourceisabetteralternativetoisolationtransformer+variac.更好的負載調(diào)整及穩(wěn)定。/Betterloadregulationandstability.對測試中開關(guān)電源提供更低的源阻抗﹐因此它會傳送更高的峰值電流。一些測量會更加精確﹐例如在低輸入時測量整流前組件的溫度﹐效率﹐規(guī)格范圍和紋波。Lowersourceimpedancetotheswitchingpowersupplyundertest,thusitcandeliverhigherpeakcurrent.Somemeasurementswillbemoreaccurate,e.g.temperaturemeasurementofcomponentsbeforeinputrectifier,efficiency,regulationandrippleatlowline.過載保護﹐如果測試中的電源拉非正常的電流﹐交流源的輸出就會關(guān)斷﹐并發(fā)出警告而不是燒斷保險。Overloadprotection,ifthepowersupplyundertestdrawabnormalhighcurrent,theACsourceoutputshutdownandalarminsteadofblowingupafuse.10.1 使用注意事項/Precautioninuse交流源不會提供足以燒斷電源保險絲的電流﹐因此不適合非正常測試。ACsourcemaynotdelivercurrenttoblowthefuseinapowersupply,itisnotsuitableforabnormaltest.11. 臺式直流電源供應器/BenchtopDCpowersupply.11.1 使用注意事項/Precautioninuse.臺式電源供應器會有較高50Hz的漏電流產(chǎn)生﹐無論開關(guān)電與否。當臺式電源任何一端連接到測試電路中﹐如果有接地的電烙鐵接觸到CMOS輸入端﹐運算放大器﹐場效應管的柵極時會將它們損壞。Benchtoppowersupplymayhaveahigh50Hzleakagecurrentevenwhenturnedoff.CMOSinput,op-ampinput,FETgatemaybedamagediftouchedwithagroundedsolderironwhileanyoneterminalofthebenchtoppowersupplyisconnectedtothecircuitundertest.因此﹐在給敏感設備焊錫之前﹐必須將臺式電源與測試電路斷開。Sodisconnectthebenchtoppowersupplyfromcircuitundertestbeforesolderingsensitivedevice.開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應用2010年11月3日11:14

網(wǎng)絡

盡管在模擬量采集系統(tǒng)中，對ADC芯片等的供電一般建議最好不用開關(guān)電源，以避免其固有的紋波大、噪聲等問題，但開關(guān)電源仍以其高效率、低價格等優(yōu)點得到廣泛應用，尤其是在工業(yè)控制等領域。本文介紹開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的應用，并對可能出現(xiàn)的一些問題進行分析。

開關(guān)電源對ADC芯片工作的影響及解決方法

電源對ADC芯片的影響，除了體現(xiàn)在電源抑制比（PSRR）參數(shù)上，還表現(xiàn)在，當ADC芯片對輸入的模擬信號進行采樣、保持、轉(zhuǎn)換時，電源電壓、參考地的變化，都會對ADC芯片內(nèi)部采樣電路、比較器等的工作產(chǎn)生影響，使得采集結(jié)果出現(xiàn)晃動。因此，一般ADC芯片特別是高精度ADC芯片，都建議最好用質(zhì)量好的線性電源供電。如果采用開關(guān)電源，則需要盡力避免它對ADC芯片產(chǎn)生影響。

圖1是一個典型的應用，其中模擬采樣用的信號調(diào)理電路、ADC和現(xiàn)場模擬信號不隔離，ADC芯片和CPU電源相互隔離。CPU采用控制系統(tǒng)內(nèi)部電源。而ADC的+5V電源是由+24V電源經(jīng)過+24V到+5V電源變換而來的。圖中左側(cè)部分是典型的串聯(lián)、降壓非隔離型DC-DC變換器的原理框圖。設計中，可以根據(jù)開關(guān)管的開關(guān)頻率、+5V消耗電流、要求的輸出紋波最大值，計算出電感L1、電容C1的合適大小。

為了分析出開關(guān)電源對ADC芯片的影響，這里假設信號調(diào)理電路及ADC芯片正常運行的耗電是25mA/+5V，對于光耦部分，如果采用6N136、TLP521等三極管輸出型的光耦，則當CPU不啟動ADC工作時，光耦全不導通，耗電小于1mA；當CPU啟動ADC工作時，將有數(shù)據(jù)輸出Dout、數(shù)據(jù)準備好Ready等信號經(jīng)過光耦，光耦處于導通狀態(tài)，為了達到比較高的通訊速率，光耦總耗電需要25mA/+5V左右。這樣，+5V負載電流將在25～50mA之間來回變動。正常開關(guān)電源設計的輸出電流應該2倍于最大負載電流，這里設為100mA，下面將要說明負載電流的變化將極大影響+5V，從而影響ADC采樣穩(wěn)定性。圖1：開關(guān)電源在模擬量采集系統(tǒng)中的典型應用圖

開關(guān)電源的工作原理是，平時Q1的周期性開關(guān)動作，再經(jīng)過L1、C1，得到所需要的輸出；而當輸出+5V電壓發(fā)生上升/下降超過一定限度（如幾十毫伏），經(jīng)過采樣、反饋后，開關(guān)控制電路控制Q1的開關(guān)，使得輸出電壓向+5V回歸。在+5V負載比較恒定的情況下，輸出+5V的最大紋波，可以根據(jù)采樣反饋電路工作原理（比如MC34063是通過比較器和鎖存器來控制Q1的開關(guān)）、開關(guān)頻率等計算出來。

但如果是圖1中帶光耦的情況，開關(guān)電源的輸出不僅供給相對恒定的負載（如信號調(diào)理電路、ADC芯片），而且還要供給光耦等數(shù)字部分電路，有可能發(fā)生最壞的情況是，當開關(guān)管Q1正處于上述穩(wěn)定工作中的關(guān)斷時刻，光耦突然被ADC導通，此時L1、C1將要提供50mA的負載電流，而平時穩(wěn)定工作中L1只提供25mA的電流，剩下電流只能從電容C1中獲取，使得C1上的電壓即+5V電平下降比較大。這將持續(xù)半個開關(guān)周期，直到開關(guān)管Q1打開。如果開關(guān)電源的開關(guān)頻率是100KHz，而ADC芯片數(shù)據(jù)Dout的通訊頻率也是100KHz左右，將引起輸出+5V電壓頻繁波動，造成更大的輸出紋波。在示波器上甚至能看到噪聲反饋在+24V輸入上。

上面只是理論分析的最壞情況，實際應用中，濾波電容等器件的非理想性、PCB布線等等，將使得電源紋波更大，ADC采樣結(jié)果不穩(wěn)定。有的微功率型隔離DC/DC，或者如電荷泵器件，只有開關(guān)管的周期性開關(guān)動作，而沒有上述采樣、反饋電路，輸出更容易受到負載不穩(wěn)定的影響，使得ADC采樣結(jié)果更不穩(wěn)定。

比較好的解決辦法

1.設法降低開關(guān)電源的負載變化，因為雖然目前開關(guān)電源的工作頻率已到幾百kHz以上，但開關(guān)電源的負載響應時間仍至少要幾個μs，低于目前大多ADC采樣的速度。比如采用光耦6N137就比6N136好，因為6N137只是靜態(tài)電流比較大，而它需要的二極管導通電流小，使得電源的負載變化不會很大?；蛘卟话涯M+5V電源接到小功率的開關(guān)電源輸出上，而接到其它功率比較大的開關(guān)電源輸出上，避免開關(guān)電源輸出受到負載變動的影響。同樣一個值得注意的問題是，不要使用ADC芯片的Ready、Dout、Din等引腳直接驅(qū)動光耦，最好通過光耦