看示波器波形维开关电源实例
汽修示波器波形分析法案例
示波器波形分析法——案例剖析摘要：介绍了利用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号波形分析，检修大修后大众捷达王发动机起动困难、无怠速故障的过程和方法。
前言:现在，汽车维修技术的科技含量已越来越高，从最开始的专用点火示波器和美国进口的福禄克98(约2万左右人民币）到现在的平板解码仪和功能更加完善的汽车专用示波器及红外测温仪、发动机内窥镜……处处体现着现代汽车维修对诊断设备和电子测量仪器的依赖程度越来越高。
汽车维修已不再是简单的零件修复，而是需要通过对发动机传感器、执行器的数据流以及波形的分析，准确无误地诊断出故障所在。
本文以一款大众捷达王轿车在大修后发动机起动困难的故障为例，介绍利用示波器波形法检修故障的过程和方法，供维修朋友们参考。
故障现象描述：一辆大众捷达王轿车因发动机烧机油进厂大修，完工后，起动困难，但发动机无故障代码。
基本分析与检测：发动机起动困难，说明发动机电路、油路、气路和机械装配基本正常；无故障代码，说明电脑控制单元没有故障代码存储，即各主要传感器、执行器和ECU工作基本正常。
本着先易后难的维修原则，做以下基本参数测试：1、发动机基本工作条件检查(1)高压“跳火”试验。
分别拔出1、2缸高压线，进行高压“跳火”试验，观察到火花呈蓝白色，基本正常；(2)触摸各喷油器，都有震动感，基本正常(由于冷车起动过程中喷油脉宽变化达50mS-3mS，因此，不宜以喷油脉宽判别此类故障)；（3）用解码仪读取点火提前角，显示点火提前角在8°左右，属正常范围；（4）检测各缸缸压，缸压接近0.9Mpa，正常；(5）读取起动过程中的空气流量数据流，空气流量值为3．19/s，属正常范围；(6)检测燃油压力，约270Kpa，正常。
基本分析：由以上检测可见，发动机的基本工作条件已经具备，但为什么会出现发动机起动困难、无怠速故障呢?我们都知道电控发动机ECU是利用曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器等来检测曲轴和凸轮轴的位置，以确定正确的喷油时刻和点火时刻。
11.4 如何用示波器维修开关电源_开关电源维修从入门到精通_[共7页]
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开关电源维修从入门到精通– 306 –以上简要分析了波形经过几种类型元器件和电路后的变化过程，具体到开关电源，由于电路复杂，信号多样，波形的变化过程远非以上介绍的这些，要正确分析波形的变化过程，需要读者具备一定的模拟电路基础知识，夯实理论基本功。
11.4 如何用示波器维修开关电源开关电源故障率非常高，作为维修者，要想用示波器快速准确地排除故障，做到手动心明，除掌握必要的基本理论和示波器操作技能外，还需具备一定的检修方法和故障处理技巧。
11.4.1 用示波器修开关电源的方法用示波器修开关电源时，主要有以下几种常见方法。
1．信号寻迹法信号寻迹法是在检修开关电源的过程中，根据故障现象，沿着信号的走向，测量某些关键点或延伸测量点的电压波形。
操作者只需掌握开关电源的电路结构，掌握各关键点信号的特点及正常波形，通过对测试点进行测试，就可以很快查找到故障部位。
这是维修中最为常用的一种方法。
2．监视测量法对于不定期出现的故障，或是在较长的考验过程中才有可能出现的故障，就要采用监视测量法，方法是将示波器探头固定地挂在被怀疑的测量点上，进行较长时间的测量。
如果被测量点的引脚或焊点过小，不便于悬挂探头，可在此焊点上另焊上长度不超过1cm 的细硬导线，但注意该导线不要和附近其他焊点短路。
在导线上轻挂示波器探头，切勿将电路板上的铜箔扳起来。
3．串联探头测量法对双踪示波器，一般都配有两个10:1衰减探头，测量开关电源和高压板电路较高幅度的电压波形时，如果没有100:1的探头，也可将此两个10:1的探头串联起来，组成100:1探头使用。
使用时，两探头衰减开关均置 × 10位置，首尾相接，使用起来非常方便，如图11-27所示。
图11-27 示波器两探头串联的使用第11章 如何用示波器修开关电源– 307 – 11.4.2 用示波器检修开关电源的技巧1．认识常见波形在维修中，我们会遇到各种各样的波形，但归纳起来，主要有以下几种。
11.2 示波器的使用_开关电源维修从入门到精通_[共9页]
![11.2 示波器的使用_开关电源维修从入门到精通_[共9页]](https://img.taocdn.com/s3/m/d1ad2100c1c708a1294a44a7.png)
第11章 如何用示波器修开关电源在电源维修中，当我们用万用表测试电路中的电压等数据无法判断电路的工作状态时，可以采用示波器测量电路中的信号波形，从波形中获得更多的信息和数据，分析这些数据，可快速圈定故障范围，查找到故障点。
因此，用示波器结合万用表修开关电源，快捷、直观、准确，作用十分明显。
11.1 为什么用示波器修开关电源在开关电源维修中，示波器是判断故障部位和分析故障机理的重要仪器，相对于万用表，示波器具有以下三个优点，这也是选用示波器修开关电源的重要根据。
1．能准确判断万用表难以查清的故障示波器是反映信号瞬变过程的仪器，把信号波形变化直观显示出来，开关电源中的振荡波形、驱动信号波形、脉冲直流电压等，都能在示波器的荧屏上看到。
通过将实测波形与图纸上的标准波形作比较，为维修人员提供判断故障的依据。
尽管某些故障不会引起测量点的直流电压变化，但波形的变化却是明显的，这正是示波器的优越性。
2．能直观看出故障机理维修人员根据万用表测量一些电压、电流等，有时很难分析出故障的原因，而用示波器则方便多了，维修人员通过分析波形的幅度、频率的变化，很容易看出故障的机理，查找出故障部位和元器件。
3．检修后工作可靠故障彩电换过某个元器件后，若善后工作没做好，仍会留下隐患，故障很可能再次出现。
采用示波器检查，可以提高维修后工作的可靠性，减少“治标不治本”的情况。
11.2 示波器的使用11.2.1 检修开关电源需要用什么样的示波器示波器的种类很多，随着测量领域和要求的不同，有通用示波器和专用示波器之分。
从功能上看有模拟示波器（单踪、双踪、多踪）、取样示波器、矢量示波器、数字存储示波器等。
检修开关电源选用示波器的标准是什么呢？主要可从Y通道带宽、灵敏度、是否具有同步功能、能否比较两个被测信号的相位等方面来考虑，选用适合的单踪或双踪通用模拟示波器，条件较好的维修人员可选用数字存储示波器。
开关电源检修中要观察的波形不多，从频带宽度上来看，应选用Y轴带宽大于待测信– 290 –第11章 如何用示波器修开关电源– 291 – 号带宽的示波器，业余条件下选用Y 轴带宽在20MHz 的双踪通用示波器可满足一般维修的需要。
使用DPO示波器测量开关电源中的功耗
使用DPO示波器测量开关电源中的功耗电源需求的变化推动了开关电源系统的体系结构变化，能够测量和分析下一代开关式电源 (SMPS)的功耗至关重要。
支持高得多的数据速度及千兆赫级处理器的新型电源，需要更大的电流和更低的电压，在效率、功率密度、可靠性和成本方面给电源设计人员带来了新的压力。
为满足这些需求，设计人员正在采用新的结构，其中包括同步整流器、有源功率系数校正和更高的开关频率。
这些技术也带来了新的挑战，如开关设备上的高功耗、温度上升和EMI/EMC过高等影响。
了解这些影响的一个关键参数是在开关过程中发生的功率损耗。
在从“off”状态转换到“on”状态的过程中，电源会发生更高的功率损耗。
而开关设备处于“on”或“off”状态时的功率损耗较低，因为流过设备的电流或加在设备上的电压相当小。
与开关设备有关的电感器和变压器会平滑负荷电流隔离输出电压。
这些电感器和变压器还受到开关频率的影响，会产生一定功耗，偶尔会由于饱和而发生故障。
由于开关电源中消耗的功率决定着电源的整体效率及热量效应，因此测量开关设备及电感器和变压器上的功率损耗具有非常重要的意义，特别是在指明功率效率和温度上升方面。
因此，工程师需要测量和分析设备能够在变化的负荷条件下迅速精确地测量和分析瞬时功率损耗。
需要精确测量和分析不同设备瞬时功率损耗的设计人员面临的挑战如下：● 如何组建测试设备，精确测量功率损耗● 校正电压探头和电流探头中的传输延迟引起的误差● 计算非周期性的开关周期中的功率损耗● 在负荷动态变化时分析功率损耗● 计算电感器或变压器的核心损耗幸运的是，市场上已经出现了完善的功率分析软件，这种软件在最新一代数字荧光示波器上运行，与示波器用户界面拥有共同的“感观”，提供了直观的导航能力和简便易用性。
开关电源纹波测试方法
开关电源纹波测试方法
开关电源的纹波测试方法如下：
1. 准备测试设备：需要一台示波器和一个负载电阻。
2. 连接测试设备：将示波器的探头连接到开关电源的输出端，将负载电阻连接到开关电源的输出端和地线之间。
3. 调整示波器：选择合适的示波器探头放大倍数和时间基准，确保能够观察到电源输出的纹波。
4. 设置电源负载：根据开关电源的额定输出电流和电压，选择一个适当的负载电阻值。
确保负载电阻不会超过开关电源的额定功率。
5. 测量纹波：打开开关电源，观察示波器上的波形。
通常，纹波的峰-峰值（Peak-to-Peak）或峰值（Peak）被用来描述纹波的大小。
6. 记录结果：将纹波的数值记录下来，并与开关电源的规格进行比较，以确定其纹波是否在规定范围内。
7. 分析结果：如果纹波超过规定范围，可能需要考虑采取一些措施来降低纹波，例如添加滤波电路或改变开关频率等。
需要注意的是，开关电源的纹波测试方法可能会因具体的产品和测试要求而有所不同，因此在进行测试时应根据具体情况进行调整。
开关电源中阻尼振荡波形
开关电源中阻尼振荡波形图(1)是一个典型的Buck-Boost电路，如果其电感中电流不连续，一般教材中其开关管集电极(或漏极)电压波形的波形如图(2)，其中上面曲线纵轴表示开关管T集电极(漏极)电压，下面曲线表示电感L中电流。
图(1)通常，对类似图(1)的开关电源电路分析时，总假定元件是理想的，即：忽略磁材料的非线性，忽略电感的电阻和电容的等效电阻，忽略晶体管和二极管的管压降，电容的容量足够大因而一个周期中电容两端电压不变化，等等。
而且假定电路已经达到稳态。
这个稳态指的是每个周期中占空比电压电流等与下一个周期相同。
图(2)图(2)中，从TA到TB这段时间开关管导通，集电极(或漏极)电压接近于零，因电流不连续，电感中电流已经为零，所以电感中电流从零开始线性上升，电感中储存的能量不断增加。
时刻TB开关管关断，但电感中电流不能突变，故电感中电流经二极管向电容C充电。
因为我们已经假定电容两端电压不会在一个周期中变化，所以电感中电流线性下降，电感中储存的能量向电容C转移，电感的自感电动势等于电容两端电压，方向上负下正。
所以三极管两端电压等于电源电压加上负载两端电压。
随着电感中储存的能量不断减少，在时刻TC电感中电流降到零，二极管关断。
因电感中电流不再变化，所以电感的自感电动势为零。
既然电感两端电压为零，功率管两端电压降低到电源电压，TC时刻之后开关管集电极电压出现一个“台阶”。
时刻TD功率管导通，开始重复上一周期过程。
图(3)但用示波器看功率管集电极电压波形，看到的却是如图(3)那样，时刻TC(二极管关断)到时刻TD(功率管导通)这段时间里，集电极电压是图中的衰减振荡波形。
很多开关电源的初学者感到迷惑：这是怎么回事？怎么和书上的不一样？甚至怀疑自己的电路有错误。
其实什么问题都没有，这是完全正常的波形。
那么，这样的波形是如何产生的？这样的波形与图(2)不一样，是由于前面的分析中我们把电路中的元件理想化，忽略了电感和功率管的分布电容而产生的。
示波器测试开关电源纹波的方法
示波器测试开关电源纹波的方法以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接开展测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。
开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波；高频纹波；寄生参数引起的共模纹波噪声；功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声；闭环调节控制引起的纹波噪声。
纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。
尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。
所以，电源纹波的测试就显得极为重要。
电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。
一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。
而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。
电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。
对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。
对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。
整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。
所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。
测量之前需要开展如下设置。
1.通道设置：耦合：即通道耦合方式的选择。
纹波是叠加在直流信号上的交流信号，所以，我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号，直接测量所叠加的交流信号就好。
宽带限制：关探头：首先选用电压探头的方式。
然后选择探头的衰减比例。
必须与实际所用探头的衰减比例保持一致，这样从示波器所读取数才是真实的数据。
比方，所用电压探头放在×10档，则此时，这里的探头的选项也必须设置为×10档。
使用台式示波器进行电源测量和分析
使用台式示波器进行电源测量和分析应用指南引言从儿童玩具到计算机和办公设备、再到工业设备，许多不同的电子设备都会使用电源，电源用来把电能从一种形式转换成另一种形式，以使设备正确运行。
常见的电源实例包括：把AC电压转换成稳定的DC电压的AC到DC转换器；把电池电源转换成要求的电压电平的DC到DC转换器。
电源分成许多不同的类型和规格，包括传统线性电源到为复杂动态工作环境设计的高效开关式电源(SMPS)。
设备负载和需求在不同时间之间可能会大幅度变化。
即使是商用开关电源也必须能够承受突然出现的远远超过平均工作电流的峰值电流。
从静止条件到最坏情况条件，设计电源的工程师或使用电源的系统需要了解电源在各种条件下的行为。
2 /power应用指南图1. 使用DPOxPWR 电源分析软件检定SMPS 元件。
线路电压输入滤波器电源质量谐波分析总谐波失真开关设备开关损耗安全工作区di/dt, dv/dt控制电路调制分析反馈整流器和滤波器纹波输出电压从历史上看，检定电源行为意味着使用数字万用表进行静态电流和电压测量，然后在计算器或计算机上进行麻烦的计算。
今天，大多数工程师正转向示波器，作为首选的电源测量平台。
本应用指南将介绍使用泰克M D O 4000、M S O /DPO4000B或MSO/DPO3000系列示波器进行常见的开关式电源测量，如图1所示。
通过选配电源测量和分析软件(DPOxPWR)，这些示波器提供了自动测量功能，可以快速进行分析，简化设置，校正探头偏移，实现最大精度。
准备电源测量在理想情况下，电源的工作方式应与设计和建模的性能一模一样。
但事实上，各种元件都是不完美的：负载会变化，电源可能会失真，环境变化会影响性能。
提高性能、改善效率、缩小尺寸和降低成本的需求，则进一步提高了电源设计的复杂性。
考虑到这些设计挑战，必须正确设置测量系统，准确捕获波形进行分析和调试。
要考察的主要课题有： 示波器采集模式消除电压探头和电流探头之间的偏移 消除探头偏置 电流探头消磁 带宽限制滤波器使用台式示波器进行电源测量和分析图2. 采样模式。
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看示波器波形维修开关电源实例
一个开关电源损坏，经查发现尖峰吸收电路，箝位二极管击穿，反向二极管炸毁，开关管损坏。
更换损坏器件，开关电源开始工作，试机半小时后，变压器啸叫，箝位二极管冒烟。
上示波器后测的Vds波形。
从波形上看大致可以知道D22为什么会损坏，因为Vin和Vds的压差大于350V，TVS开始工作这种情况时间一长，TVS就被损坏，最后导致反向二极管的击穿，最后连累了开关管。
先解释一下Vor，Vor叫做反射电压，是当开关管断开后，次级输出电压Vout*N1/N2，折射到初级的电压和输入电压的方向一致两者相加，开关管的耐压必须大于这个值，不然就会被击穿。