浮动测量是在两点之间进行的测量,这两个点都没有处在接地电位上。这听上去有点象前面差分探头中介绍的差分测量,事实上确实如此。浮动测量就是一种差分测量,实际上也可以使用差分探头进行浮动测量。
但是,一般说来,“浮动测量”使用时都会与功率系统测量有关,如开关电源、马达驱动装置、镇流器、不间断电源等等,其中两个测量点都不在接地(接地电位)上,信号“公共”电位可能会从接地提升(浮动)到几百伏。这些测量通常要求抑制高共模信号,以评估这些信号上的低电平信号。外来接地电流也会在显示中增加噪声,导致测量变得更加困难。
典型浮动测量情况图1所示。在这个马达驱动系统中,三相AC线路整流到高达600V的浮动DC总线中。参考接地的控制电路生成脉冲调制门驱动信号,通过隔离的驱动装置传送到电桥晶体管,导致每个输出以脉冲调制频率摆动整个总线电压。为精确测量门到发射机的电压,要求抑制总线转换。此外,马达驱动装置紧凑的设计、快速电流转换及接近旋转马达,都导致了严酷的EMI环境。
此外,把示波器探头的地线连接到马达驱动电路的任何部分,都会导致接地短路。
探头隔离装置只浮动探头,而不浮动示波器。这种探头隔离可以通过变压器或光学耦合机制完成,如图2所示。在本例中,与本应状态一样,示波器保持接地,差分信号被施加到隔离的探头的尖端和参考引线。隔离装置把差分信号发送到接收机,接收机生成参考地电平的信号,这个信号与差分输入信号成比例。这样,探头隔离装置几乎能够兼容任何仪器。
为满足不同需求,业内提供了各种类型的隔离装置,包括多通道隔离装置,其提供了两条或两条以上的通道及多条独立参考引线。此外,对隔离装置需要与仪器在物理上隔开很长距离的应用(如100米以上),还提供了基于光纤的隔离装置。与差分探头一样,隔离装置的主要选型指标是带宽和CMRR。此外,最大工作电压也是隔离系统的一个主要指标。一般来说,最大工作电压为600VRMS或850V(DC+峰值AC)。
危险
为避开这种直接的接地短路,某些示波器用户一直使用使示波器接地电路发生缺陷的不安全作法。这允许示波器的地线浮动马达驱动装置电路,从而可以进行差分测量。遗憾的是,这种作法还会使示波器机箱以可能危及、甚至会电死示波器用户的电位浮动。
“浮动”示波器不仅是一种不安全的作法,而且噪声和其它效应通常会损害测量结果。如图3a所示,这说明了浮动示波器测量马达驱动装置上其中一个门到发射机的电压。图3a 底部的轨迹是低侧门发射机电压,顶部轨迹是高侧电压。注意,在这两个轨迹上有着明显的振铃。这一振铃是由示波器机箱到接地的大的寄生电容导致的。
图3b说明了同一测量的结果,但这次使用正确接地的示波器进行,而且是通过探头隔离器进行的测量。测量中不仅消除了振铃,而且测量要安全得多,因为示波器不再浮动到接地电压之上。
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