[发明专利]开关电源工作参数的非接触式测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测试领域，涉及一种测量装置和测量方法，可用于对降压型开关电源关键工作参数进行非接触式测量。

背景技术

在开关电源的测试过程中，开关频率及占空比是反映开关电源工作状态的关键参数。开关电源以脉冲宽度调制信号为其控制信号，正常工作时只需改变控制信号的开关频率或占空比，便可实现对输出电压的控制，达到稳定输出电压的目的。不同状态下，占空比和开关频率表征不同。测量得到开关频率和占空比等工作参数后，经过分析计算，可以获得开关电源工作在何种状态和输出电压等信息。

在开关电源工作参数测试测量过程中，分为人工方法和自动测试方法。

人工方法，是用数字万用表或示波器直接测量对应节点电压信号，通过分析节点电压波形，得到占空比和开关频率等工作参数，判断开关电源工作状态。这种方法操作繁琐，效率很低；并且由于开关电源含有高压电路，如果操作失误，会对被测仪器和测试人员造成损害。

自动测试方法，主要依靠测试针床、程控飞针等手段获取节点电压信号，得到相关工作参数。自动测试系统会因探针磨损、接触不良等寿命问题而降低可靠性。

上述无论是人工方法还是自动测试方法都需要直接接触到开关电路电路板，若电路板已做灌封等绝缘保护处理，其测试节点与外界完全隔绝，无法接触测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种非接触式的开关电源占空比和开关频率测量方法，从开关电源磁性元件的漏磁辐射中提取工作参数，以消除被测电源与测试装置之间的电气连接，实现对开关电源占空比和开关频率的非接触测量。

为实现上述目的，本发明提供了非接触式开关电源工作参数测量系统，包括：

非接触式磁探头，用于感应被测开关电源中磁性元件的空间磁场变化，耦合漏磁辐射信号，将耦合出的信号输入给放大调理装置。

放大调理装置，采用差分式放大器，用于对信号的放大和消除共模干扰，将放大后的信号输入给信号处理模块。

信号处理装置，对放大调理后的电压模拟信号进行数字采样和数字处理，得到开关电源占空比和开关频率。

所述的非接触探头包括高频磁芯、探测线圈和屏蔽层，该高频磁芯上缠有线圈置于屏蔽层内，以消除电场的干扰。

所述的屏蔽层的接缝处留有一处缝隙，割断涡流电流的环路，以避免屏蔽层的涡流效应对信号造成损失。

所述的探测线圈的两端分别与放大调理装置的两个输入端连接；该探测线圈两端输出的电压信号正比于穿过线圈的磁场强度的变化量；该电压信号包含开关电源占空比和开关频率等工作参数。

为实现上述目的，本发明的非接触式开关电源工作参数测量方法，包括如下步骤：

(1)将非接触探头正对开关电源磁性元件，以耦合漏磁辐射信号，并对非接触探头输出的模拟电压信号进行放大调理；

(2)对放大调理后的电压模拟信号进行数字采样并输出，采样后的数字信号长度至少要有5个周期；

(3)对采样后的数字信号进行FFT变换，得到采样后的数字信号的功率谱；

(4)根据步骤(3)得到数字信号的功率谱，选取除直流分量外幅值最大的4个点，按频率从小到大依次排列，将这4个点分别作为开关电源开关频率的基频频率f₁、三次谐波频率f₃、五次谐波频率f₅和七次谐波频率f₇，并计算开关电源的开关频率f：

f＝(f₁+f₃/3+f₅/5+f₇/7)/4；

(5)根据步骤(3)得到数字信号的功率谱，选取除直流分量外幅值最大的点，将这个点作为开关电源开关频率的基频频率，使低通滤波的截止频率等于基频频率的10倍，根据截止频率对采样后的数字信号进行低通滤波；

(6)选取低通滤波后的数字信号的极大值点和极小值点，将所有极点按时间从小到大依次排列，按极值点比对选取法对各极值点进行优化选取，得到最小峰值点和最大峰值点，对所有峰值点再按时间从小到大依次排列，并计算开关电源的占空比d：

d＝(a_i-b_i-1)/T

其中T为低通滤波后的数字信号周期，设一个周期以最小峰值点为起始，a_i为第i周期最小峰值点时间，b_i-1为第i-1周期最大峰值点时间；