基于數(shù)字示波器DS07032A工作電壓測試研究

周接新，李惠，黃廣斌，邱琳用，李裕林

（廣東省通訊終端產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，廣東河源，517000）

1 數(shù)字示波器DS07032A簡介

安捷倫數(shù)字示波器DSO7032A配有256級灰度的12.1英寸XGA顯示屏，具有快速的更新速率——每秒100000個波形，可查看微小信號細節(jié)和偶發(fā)事件。DSO7032A配有2個模擬通道，350 MHz帶寬，2GSa/s采樣率，標準8 Mpts MegaZoom III深存儲器并配有廣泛的應用軟件，提供快速測量分析。

2 標準要求

GB 4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備 安全 第1部分：通用要求》規(guī)定：

當確定峰值工作電壓時，應當使用如下規(guī)則[1]：

a、對所有的波形，應當使用測得的峰值，應當包括直流電壓的紋波（不超過 10%）峰值在內(nèi)；

b、非重復性瞬態(tài)值（例如，由于大氣干擾造成的）不得考慮在內(nèi)；

c、當確定一次電路和二次電路之間的峰值工作電壓時，任何 ELV 電路、SELV 電路或TNV電路（包括電話振鈴信號）的電壓應當認為是零。

當確定有效值工作電壓時，應當使用如下規(guī)則：

a、對所有的波形，應當使用測得的有效值；

b、短時條件不考慮在內(nèi)；

c、非重復性瞬態(tài)值不考慮在內(nèi)。

GB 8898-2011《音頻、視頻及類似電子設(shè)備 安全要求》規(guī)定：

就所使用的工作電壓（峰值電壓）而言[2]：

a、應當包括任何疊加在直流電壓上的、超過2.3.3允許的紋波電壓的峰值；

b、不考慮非重復性的瞬態(tài)電壓；

c、應當認為任何非危險帶電的電路或TNV電路的電壓為零。

就所使用的工作電壓（有效值電壓）而言：

a、應當使用實際的有效值或直流值；

b、如果使用直流值，不考慮任何疊加的紋波電壓；

c、不考慮短期狀態(tài)；

d、不考慮短期干擾。

3 工作電壓測試的影響因素分析

3.1 采集模式對工作電壓測試的影響

3.1.1 各采集模式的特性

標準模式：最基本的采樣模式，在每一個波形間隔取一個點，大部分波形得以產(chǎn)生最佳顯示。

峰值模式：從連續(xù)兩個間隔采用最低和最高的振幅，可用于檢測突發(fā)毛刺。

平均模式：平均采集模式將多種采集一起平均化以降低噪聲并提高垂直分辨率。平均化需要一個穩(wěn)定的觸發(fā)器和重復性波形。更高的平均數(shù)可降低噪聲并提高垂直分辨率。

高清模式：高清模式使采樣內(nèi)的序列采樣點平均化，因而可降低隨機噪聲、使屏幕上的軌跡更為平滑并且有效提高垂直分辨率。此模式與平均模式不同，不需要重復性波形。

3.1.2 采集模式對測量標準正弦波電壓（240V 60Hz）的影響

從測試結(jié)果來看，各采集模式對于電壓有效值的測量無影響，均為240VAC。對于電壓峰值，由于變頻電源輸出電壓的尖峰或毛刺影響，平均模式下測得峰值電壓342VAC最接近理論的電壓峰值即240VAC*1.414=339VAC。所以對于測量標準正弦波峰值電壓，平均采集模式最為可取。

示波器模式 探頭類型 耦合方式 電源電壓峰值電源電壓有效值無源探頭 DC 350 240無源探頭 AC 350 240差分探頭 DC 353 240差分探頭 AC 353 240標準模式無源探頭 DC 342 240無源探頭 AC 342 240差分探頭 DC 345 240差分探頭 AC 345 240平均模式無源探頭 DC 343 240無源探頭 AC 343 240差分探頭 DC 345 240差分探頭 AC 345 240高清模式無源探頭 DC 351 240無源探頭 AC 351 240差分探頭 DC 353 240差分探頭 AC 353 240峰值模式

3.1.3 采集模式對測量非正弦波電壓的影響

從測試結(jié)果來看峰值采集模式測得峰值和有效值電壓最高，高清采集模式測得的電壓最低，兩者相差達到200V以上，可見示波器采集模式是工作電壓測試的重要影響因素。

滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC AC DC AC DC AC DC AC標準 551 468 556 457 551 468 556 457峰值 557 474 562 463 557 474 562 463平均 無法讀數(shù)無法讀數(shù)高清 348 186 350 201 347 185 349 201無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)

從標準GB 4943.1-2011的確定峰值工作電壓規(guī)則之一分析：非重復性瞬態(tài)值不得考慮在內(nèi)。峰值模式雖然測得電壓最高，但是會檢測到突發(fā)毛刺，可見不是最理想的模式。平均模式由于所測波形無法提供穩(wěn)定的觸發(fā)器和重復性波形，因此無法讀數(shù)。高清采集模式由于采樣點平均化，不能檢測到產(chǎn)生的最高電壓。標準模式是一種實時采集模式，大部分波形得以產(chǎn)生最佳顯示，以此模式測量非正弦波形電壓最為適宜。

滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 261 201 241 189 261 202 241 189峰值 261 201 246 189 261 200 245 189平均 無法讀數(shù)無法讀數(shù)高清 218 138 199 123 218 139 199 123無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)無法讀數(shù)

3.2 耦合方式對工作電壓測試的影響

3.2.1 各耦合方式的特性

DC耦合模式：為信號提供直接連接的通路，因此信號的所有分量(AC和DC)都會影響示波器的波形顯示。

AC耦合模式：在BNC端和衰減器之間串聯(lián)一個電容。信號的DC分量就被阻斷，而信號的低頻AC分量也將受阻或大為衰減。

3.2.2 耦合方式對工作電壓測試的影響

從測試結(jié)果看，DC耦合方式和AC耦合方式測得的電壓相差能達到80V以上，可見耦合方式是工作電壓測試的重要影響因素。

滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 551 468 556 457 551 468 556 457

從標準GB 4943.1-2011的確定峰值工作電壓規(guī)則之一分析：對所有的波形，應當使用測得的峰值，應當包括直流電源的紋波峰值在內(nèi)。由于AC耦合方式阻斷了DC信號分量，因此測得的電壓偏小。而DC模式可同時測量AC信號和DC信號，綜上測量工作電壓時宜選取DC耦合模式。

滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 261 201 241 189 261 202 241 189

3.3 帶載情況對工作電壓測試的影響

帶載情況對工作電壓測試的影響：

滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 551 556 551 556滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 449 468 449 468

從測試結(jié)果來看額定負載狀態(tài)下的測得的峰值電壓和有效值電壓更高，峰值電壓測試兩種狀態(tài)下測的電壓的差值可達100V以上，可見帶載情況是工作電壓測試的重要影響因素。

滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 261 241 261 241滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 222 200 222 199

從標準GB 4943.1-2011的要求分析，試驗應在最不利的組合條件下進行試驗，即在額定負載的情況下進行工作電壓測試。

3.4 探頭選取對工作電壓測試的影響

3.4.1 各類示波器探頭的特性

無源探頭：示波器在測量信號時以一個公共參考點（即接地）作為基準。使用示波器和標準單端探頭測得的信號，等于被測器件的特定點與接地之間的電勢差。無源探頭堅固、便宜、使用簡便、電壓動態(tài)范圍大、物理性能和電氣性能強健，但電容負荷大、受地線影響。

差分探頭：由于差分探頭內(nèi)的差分放大器會放大兩個探測點之間的信號差，因此，它會抑制兩點上共有的電壓，并將兩個點之間的電勢差提取到示波器的輸入。具有低的負載效應，更高的信號保真度，高動態(tài)范圍以及微小的溫漂等特點。測量電路中元器件未與接地連接，需要進行差分測量。

3.4.2 探頭類型對工作電壓測試的影響

從測試結(jié)果看，差分探頭測得的峰值電壓高于無源探頭所測，主要原因分析為：使用無源探頭時，低電位探針對地產(chǎn)生了浮地電壓，影響了測試結(jié)果。而差分探頭不受地線影響，通過抑制兩點上共有的電壓，并將兩個點之間的電勢差提取到示波器的輸入，另外使用差分探頭對于測試樣品和測試人員都更具安全性。所以采用差分探頭測試工作電壓更為適宜。

滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 551 556 551 556滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性無源 差分 無源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合標準 261 241 261 241

3.5 L-N反極性對工作電壓測試的影響

3.5.1 L-N反極性對工作電壓影響的理論分析

測試點 理論值電壓/V A-C 208 A-D 220 B-C 12 B-D 0

第一種情況：將插頭反接，共電位線重新連接到N極。

測試點 理論值電壓/V A-C 12 A-D 0 B-C 232 B-D 220

第二種情況：將插頭反接，共電位線未重新連接到N極。

由上圖可見，變壓器次級端連接到了L線作為共電位線，220V電壓直接連接到次級。這種情況下存在將測試電路燒毀的風險或?qū)y試人員產(chǎn)生電擊危險。對于I類設(shè)備，這種接法相當于將LN短接，變頻電源保護開關(guān)啟動。

3.5.2 L-N反極性對工作電壓測試的影響

對于純繞組的情況,輸入220V電壓測得的變壓器初次級最大電壓情況如下：

滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性差分 差分DC耦合 DC耦合標準 337 321滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性差分 差分DC耦合 DC耦合標準 232 220

對于電源適配器的情況：

滿載（峰值測試）L-N正極性 L-N反極性差分 差分DC耦合 DC耦合標準 556 556滿載（有效值測試）L-N正極性 L-N反極性差分 差分DC耦合 DC耦合標準 241 241

由測試結(jié)果和理論分析可見，LN極性反轉(zhuǎn)對純繞組的工作電壓測試有顯著影響，對于具有濾波整流電路的電源適配器的工作電壓測試無影響，因為經(jīng)過電路濾波整流后，波形被重新整合。所以對于測試純繞組的情況下應將LN的極性反轉(zhuǎn)，以測得最高電壓為準。對于具有濾波整流電路的電源適配器，無需將LN的極性反轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

工作電壓測試項目是電子電器產(chǎn)品安全測試的重要項目，本文通過比對分析對影響工作電壓測試的因素進行研究，確定了更為嚴謹?shù)臏y試方法，使測試數(shù)據(jù)更接近真實值，對于產(chǎn)品設(shè)計及測試具有重要意義。