基于数字示波器DS07032A工作电压测试研究

周接新，李惠，黄广斌，邱琳用，李裕林

（广东省通讯终端产品质量监督检验中心，广东河源，517000）

1 数字示波器DS07032A简介

安捷伦数字示波器DSO7032A配有256级灰度的12.1英寸XGA显示屏，具有快速的更新速率——每秒100000个波形，可查看微小信号细节和偶发事件。DSO7032A配有2个模拟通道，350 MHz带宽，2GSa/s采样率，标准8 Mpts MegaZoom III深存储器并配有广泛的应用软件，提供快速测量分析。

2 标准要求

GB 4943.1-2011《信息技术设备 安全 第1部分：通用要求》规定：

当确定峰值工作电压时，应当使用如下规则[1]：

a、对所有的波形，应当使用测得的峰值，应当包括直流电压的纹波（不超过 10%）峰值在内；

b、非重复性瞬态值（例如，由于大气干扰造成的）不得考虑在内；

c、当确定一次电路和二次电路之间的峰值工作电压时，任何 ELV 电路、SELV 电路或TNV电路（包括电话振铃信号）的电压应当认为是零。

当确定有效值工作电压时，应当使用如下规则：

a、对所有的波形，应当使用测得的有效值；

b、短时条件不考虑在内；

c、非重复性瞬态值不考虑在内。

GB 8898-2011《音频、视频及类似电子设备 安全要求》规定：

就所使用的工作电压（峰值电压）而言[2]：

a、应当包括任何叠加在直流电压上的、超过2.3.3允许的纹波电压的峰值；

b、不考虑非重复性的瞬态电压；

c、应当认为任何非危险带电的电路或TNV电路的电压为零。

就所使用的工作电压（有效值电压）而言：

a、应当使用实际的有效值或直流值；

b、如果使用直流值，不考虑任何叠加的纹波电压；

c、不考虑短期状态；

d、不考虑短期干扰。

3 工作电压测试的影响因素分析

3.1 采集模式对工作电压测试的影响

3.1.1 各采集模式的特性

标准模式：最基本的采样模式，在每一个波形间隔取一个点，大部分波形得以产生最佳显示。

峰值模式：从连续两个间隔采用最低和最高的振幅，可用于检测突发毛刺。

平均模式：平均采集模式将多种采集一起平均化以降低噪声并提高垂直分辨率。平均化需要一个稳定的触发器和重复性波形。更高的平均数可降低噪声并提高垂直分辨率。

高清模式：高清模式使采样内的序列采样点平均化，因而可降低随机噪声、使屏幕上的轨迹更为平滑并且有效提高垂直分辨率。此模式与平均模式不同，不需要重复性波形。

3.1.2 采集模式对测量标准正弦波电压（240V 60Hz）的影响

从测试结果来看，各采集模式对于电压有效值的测量无影响，均为240VAC。对于电压峰值，由于变频电源输出电压的尖峰或毛刺影响，平均模式下测得峰值电压342VAC最接近理论的电压峰值即240VAC*1.414=339VAC。所以对于测量标准正弦波峰值电压，平均采集模式最为可取。

示波器模式 探头类型 耦合方式 电源电压峰值电源电压有效值无源探头 DC 350 240无源探头 AC 350 240差分探头 DC 353 240差分探头 AC 353 240标准模式无源探头 DC 342 240无源探头 AC 342 240差分探头 DC 345 240差分探头 AC 345 240平均模式无源探头 DC 343 240无源探头 AC 343 240差分探头 DC 345 240差分探头 AC 345 240高清模式无源探头 DC 351 240无源探头 AC 351 240差分探头 DC 353 240差分探头 AC 353 240峰值模式

3.1.3 采集模式对测量非正弦波电压的影响

从测试结果来看峰值采集模式测得峰值和有效值电压最高，高清采集模式测得的电压最低，两者相差达到200V以上，可见示波器采集模式是工作电压测试的重要影响因素。

满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC AC DC AC DC AC DC AC标准 551 468 556 457 551 468 556 457峰值 557 474 562 463 557 474 562 463平均 无法读数无法读数高清 348 186 350 201 347 185 349 201无法读数无法读数无法读数无法读数无法读数无法读数

从标准GB 4943.1-2011的确定峰值工作电压规则之一分析：非重复性瞬态值不得考虑在内。峰值模式虽然测得电压最高，但是会检测到突发毛刺，可见不是最理想的模式。平均模式由于所测波形无法提供稳定的触发器和重复性波形，因此无法读数。高清采集模式由于采样点平均化，不能检测到产生的最高电压。标准模式是一种实时采集模式，大部分波形得以产生最佳显示，以此模式测量非正弦波形电压最为适宜。

满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 261 201 241 189 261 202 241 189峰值 261 201 246 189 261 200 245 189平均 无法读数无法读数高清 218 138 199 123 218 139 199 123无法读数无法读数无法读数无法读数无法读数无法读数

3.2 耦合方式对工作电压测试的影响

3.2.1 各耦合方式的特性

DC耦合模式：为信号提供直接连接的通路，因此信号的所有分量(AC和DC)都会影响示波器的波形显示。

AC耦合模式：在BNC端和衰减器之间串联一个电容。信号的DC分量就被阻断，而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。

3.2.2 耦合方式对工作电压测试的影响

从测试结果看，DC耦合方式和AC耦合方式测得的电压相差能达到80V以上，可见耦合方式是工作电压测试的重要影响因素。

满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 551 468 556 457 551 468 556 457

从标准GB 4943.1-2011的确定峰值工作电压规则之一分析：对所有的波形，应当使用测得的峰值，应当包括直流电源的纹波峰值在内。由于AC耦合方式阻断了DC信号分量，因此测得的电压偏小。而DC模式可同时测量AC信号和DC信号，综上测量工作电压时宜选取DC耦合模式。

满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 261 201 241 189 261 202 241 189

3.3 带载情况对工作电压测试的影响

带载情况对工作电压测试的影响：

满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 551 556 551 556满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 449 468 449 468

从测试结果来看额定负载状态下的测得的峰值电压和有效值电压更高，峰值电压测试两种状态下测的电压的差值可达100V以上，可见带载情况是工作电压测试的重要影响因素。

满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 261 241 261 241满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 222 200 222 199

从标准GB 4943.1-2011的要求分析，试验应在最不利的组合条件下进行试验，即在额定负载的情况下进行工作电压测试。

3.4 探头选取对工作电压测试的影响

3.4.1 各类示波器探头的特性

无源探头：示波器在测量信号时以一个公共参考点（即接地）作为基准。使用示波器和标准单端探头测得的信号，等于被测器件的特定点与接地之间的电势差。无源探头坚固、便宜、使用简便、电压动态范围大、物理性能和电气性能强健，但电容负荷大、受地线影响。

差分探头：由于差分探头内的差分放大器会放大两个探测点之间的信号差，因此，它会抑制两点上共有的电压，并将两个点之间的电势差提取到示波器的输入。具有低的负载效应，更高的信号保真度，高动态范围以及微小的温漂等特点。测量电路中元器件未与接地连接，需要进行差分测量。

3.4.2 探头类型对工作电压测试的影响

从测试结果看，差分探头测得的峰值电压高于无源探头所测，主要原因分析为：使用无源探头时，低电位探针对地产生了浮地电压，影响了测试结果。而差分探头不受地线影响，通过抑制两点上共有的电压，并将两个点之间的电势差提取到示波器的输入，另外使用差分探头对于测试样品和测试人员都更具安全性。所以采用差分探头测试工作电压更为适宜。

满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 551 556 551 556满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性无源 差分 无源 差分DC耦合 AC耦合 DC耦合 AC耦合标准 261 241 261 241

3.5 L-N反极性对工作电压测试的影响

3.5.1 L-N反极性对工作电压影响的理论分析

测试点 理论值电压/V A-C 208 A-D 220 B-C 12 B-D 0

第一种情况：将插头反接，共电位线重新连接到N极。

测试点 理论值电压/V A-C 12 A-D 0 B-C 232 B-D 220

第二种情况：将插头反接，共电位线未重新连接到N极。

由上图可见，变压器次级端连接到了L线作为共电位线，220V电压直接连接到次级。这种情况下存在将测试电路烧毁的风险或对测试人员产生电击危险。对于I类设备，这种接法相当于将LN短接，变频电源保护开关启动。

3.5.2 L-N反极性对工作电压测试的影响

对于纯绕组的情况,输入220V电压测得的变压器初次级最大电压情况如下：

满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性差分 差分DC耦合 DC耦合标准 337 321满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性差分 差分DC耦合 DC耦合标准 232 220

对于电源适配器的情况：

满载（峰值测试）L-N正极性 L-N反极性差分 差分DC耦合 DC耦合标准 556 556满载（有效值测试）L-N正极性 L-N反极性差分 差分DC耦合 DC耦合标准 241 241

由测试结果和理论分析可见，LN极性反转对纯绕组的工作电压测试有显著影响，对于具有滤波整流电路的电源适配器的工作电压测试无影响，因为经过电路滤波整流后，波形被重新整合。所以对于测试纯绕组的情况下应将LN的极性反转，以测得最高电压为准。对于具有滤波整流电路的电源适配器，无需将LN的极性反转。

4 结束语

工作电压测试项目是电子电器产品安全测试的重要项目，本文通过比对分析对影响工作电压测试的因素进行研究，确定了更为严谨的测试方法，使测试数据更接近真实值，对于产品设计及测试具有重要意义。