使用隔离通道手持式示波器执行浮置测量－应用指南
应用指南
如何用隔离通道手持式示波器执行浮置电压测量
当基准信号处于浮置状态，而不是以地电势为基准时，对功率元器件、功率半导体元件及其他电子应用进行精确和安全的测量是非常困难的。在这些情况下，不是所有的示波器都适于查看波形。在没有合适的仪器和探头的情况下执行浮置测量，将会为测试人员带来安全隐患。不适宜的测量仪器可能生成错误的测量结果，并对电路和示波器造成损害。本应用指南阐述了什么是浮置测量及其危险性，以及使用隔离通道手持式示波器执行功率电子应用测量的原因。
什么是浮置测量?
浮置测量是指两个测量点中的任何一个都不处于地电势的测量。例如，假设您要测量线性电源串联稳压器的输入和输出端的压降。那么稳压器的电压输入引脚和电压输出引脚都不能接地。
浮置测量的危险
在多数应用中，尤其是开关模式电源、镇流器、不间断电源、驱动电机和工业设备等功率电子应用，需要测量两点间的电压，但这两点都不能以地电势为基准。这是因为，这些类型的电子系统在设计中通常都没有以大地为基准。当连接典型示波器时，如果示波器的基准引线 (小鳄鱼夹) 接地，那么有可能在电功率系统中形成短路，进而可能损坏电路和示波器。
当用户通过断开接地插头或使用隔离变压器将示波器浮置时，将会造成巨大的危险 (参见图 1)。大多数示波器都将其信号接地端子连接至防护接地系统。将探头接地线接至其中一个浮置测试点，可使示波器外露的金属部件与测试点 (与探头接地线连接) 具有相同电势。此时，如果您不小心碰到外露的金属部件，很可能会受到致命的电击危险。示波器浮置属于不安全操作，不仅会危害到其他同事的人身安全，而且也无法精确地测量浮置电压。使用具有独立隔离浮置输入端的手持式示波器来执行这类测量，是最安全最精确的方式。
独立的隔离输入通道手持式示波器
在工业环境中，测量多种信号是司空见惯的任务。工程师和技术人员经常需要测量同时以不同电压为基准的多个独立信号。为解决浮置测量的安全和精度问题，采用电池供电的手持式示波器可提供单独的隔离输入通道。隔离输入通道示波器能够避免所有接地环路干扰和短路。由于所有输入通道都是电隔离的，手持式示波器能够同时执行两个独立的浮置测量。
取决于设计，每个输入通道都可以用光耦合器、变压器或电容器进行隔离。隔离的输入通道可以防止示波器操作人员直接接触被测高电压，以保障安全。请注意，在选择隔离输入通道手持式示波器时，并不是所有的手持式示波器都是完全隔离的。完全隔离输入通道手持式示波器提供通道至直流适配器输入端隔离和通道至USB 连接隔离。用户可将示波器连接到具有不同电压基准电平的信号，以执行安全、精确的测量。
变频器故障诊断
图 3 和 4 显示了完全隔离输入通道示波器在监测 PWM 逆变器驱动器的输出电压，以及绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 的栅极控制信号时的电路图。通道 1 用于监测 PWM 交流驱动器的输出电压，通道 2 用于监测控制电路板的低电平信号。目前有许多现代化电气设备使用 IGBT 来实现快速的电力开关切换。
输入端子和示波器探头评级
隔离输入通道示波器的设计充分考虑到了操作人员的安全问题。不过，它并不能保障用户万无一失。在测试工业设备和功率转换系统时，需要使用符合 CAT III 环境安全评级的手持式示波器。配电板、断路器，以及永久连接到固定装置的静止电动机是 CAT III 环境的应用范例。大多数手持式示波器会在 BNC 输入端子处显示这个评级，以便用户识别仪表可承受的最大瞬态电压。在开始使用手持式示波器进行测量之前，用户必须了解所有端子的输入额定值，例如使用 10:1 或者 1:1 探头时的最大 BNC 输入电压，以及任何端子到地的最大浮置电压。除了示波器安全评级之外，用户还需要考虑探头评级。不同类型的探头有不同的电压额定值。确保被测信号处于探头制造商所指定的探头电压范围内 (参见图 5)。
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