測量對地存在共模電壓的信號波形，若測量?jì)x器或測量方法不正確，輕則影響測量結果，重則危害生命財產(chǎn)安全。本文通過(guò)典型的兩個(gè)實(shí)例，說(shuō)明不當的測量方法對結果的影響和可能引起的安全問(wèn)題，并提出正確的測量方法。

實(shí)例1

用戶(hù)的產(chǎn)品是一個(gè)壓電陶瓷及其，圖1是產(chǎn)品原理和測試連接圖，開(kāi)關(guān)管以約100kHz的頻率通斷，帶抽頭的電感實(shí)現升壓功能驅動(dòng)壓電陶瓷片，電感與容性負載形成諧振使開(kāi)關(guān)管處于軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

圖1 壓電陶瓷驅動(dòng)器原理及測量連接

客戶(hù)用ZLG示波器和單端無(wú)源探頭觀(guān)察負載RL兩端電壓波形，探頭正端（）和負端（地夾）分別連接電路的Vo＋和Vo－，電路使用隔離的可調電源供電。發(fā)現當示波器探頭連接后電路的工作電流增大了許多，客戶(hù)懷疑ZLG示波器有問(wèn)題。我們搭建同樣的測試系統測量客戶(hù)的產(chǎn)品，發(fā)現探頭連接后可調電源顯示的電流從約100mA增大到原來(lái)的6倍多。換國外某品牌示波器對比測試，發(fā)現也存在同樣的問(wèn)題。

究其原因，如圖1所示，可調電源對保護接地線(xiàn)PE實(shí)際上存在電容，以下稱(chēng)為Ciso，而示波器探頭負端是接PE的，在高頻下，探頭負端→PE→Ciso→GND形成一條低阻抗通路。電路的Vo＋和Vo－對GND都存在100kHz的電壓，無(wú)論探頭負端接Vo＋或Vo－，都產(chǎn)生額外的電流通過(guò)探頭負端→PE→Ciso→GND，在電感的電阻和回路電阻上產(chǎn)生熱量，使電源電流增大，另外并聯(lián)的低阻抗通道改變了驅動(dòng)器的諧振狀態(tài)。所以并非是示波器的問(wèn)題，而是不正確的測量方法導致。

通常人們可能對隔離電源的理解有些誤區，認為是“完全隔離”的，往往只看到隔離的電阻而忽略了電抗。實(shí)際上由市電供電的隔離電源對大地存在寄生電容，有變壓器初次級繞組間寄生電容、次級電路對機殼的空間電容，特別地有時(shí)為了滿(mǎn)足EMC標準會(huì )在次級與PE間連接一定容量的Y電容。隔離電源所謂“隔離”是指提供安全操作所需的絕緣要求，保證在直流和工頻下有足夠高的隔離阻抗。但是在高頻下寄生電容及刻意添加的電容容抗降低，隔離度就降低了。

以上測試所用某品牌的可調電源實(shí)測輸出對PE的電容為73nF，在100kHz正弦波下隔離電源的對地阻抗約為21．8Ω。

可能會(huì )想到切斷示波器供電的地線(xiàn)，使示波器浮地。試驗結果表明電流增大的幅度降低了，但誤差還是存在的。因為在示波器內，機殼與L、N線(xiàn)接有抑制的Y電容。在外部，供電線(xiàn)路上有些用電器也有在L、N對PE間接Y電容，在變壓器處N線(xiàn)接大地。所以L(fǎng)、N對PE的阻抗并非特別大，切斷示波器供電地線(xiàn)后其共模電流路徑為：探頭負端→示波器EMC濾波器（Y電容、共模電感）→L和N線(xiàn)→供電線(xiàn)路上L、N對PE阻抗→Ciso→GND。另一方面，從安全使用設備角度講，切斷示波器的供電地線(xiàn)不可取，見(jiàn)實(shí)例2。

實(shí)例2

測量連接電網(wǎng)的線(xiàn)路，不可直接用單端無(wú)源探頭和通用示波器的組合。常見(jiàn)例子是測量連接市電的開(kāi)關(guān)電源初級相關(guān)線(xiàn)路的波形。

圖2 開(kāi)關(guān)電源整流濾波原理簡(jiǎn)圖

如圖2是開(kāi)關(guān)電源輸入端典型的整流濾波電路，在L對N為正的半周，D1和D4導通，初級地電位接近于N線(xiàn)對大地電壓，而在L對N為負的半周，D3和D2導通，通過(guò)D2相當于將初級地連接到L線(xiàn)上。所以若將示波器探頭地夾連接到初級地，在L對N為負的半周使L線(xiàn)對大地短路，電網(wǎng)有足夠大的容量，會(huì )造成線(xiàn)路、設備燒毀等嚴重事故。為此一些人斷開(kāi)示波器供電地線(xiàn)進(jìn)行測量，避免短路，但是這種方法是錯誤的、不可取的。通用示波器是按照接地的情況設計，無(wú)地線(xiàn)使用連接到對大地存在較高共模電壓的設備上時(shí)，示波器裸露的金屬部件會(huì )帶電！會(huì )危及生命財產(chǎn)安全，在儀器的說(shuō)明書(shū)上安全相關(guān)章節也有說(shuō)明。用戶(hù)應當閱讀儀器設備的說(shuō)明書(shū)，并按正確的方法使用。

正確的測量方法

實(shí)例1和2被測信號的特點(diǎn)都是對大地存在共模電壓，在觀(guān)測的頻率下共模電壓對大地的源阻抗較低。而單端探頭和通用示波器是接大地的，那么直接連接測量，輕則影響結果，如實(shí)例1，重則造成事故，如實(shí)例2。正確的測量方法應當如下：

1、類(lèi)似實(shí)例1的情況，電路的參考地與大地沒(méi)有電勢差，測量電路中非參考地的兩點(diǎn)間電壓，可使用ZDS4000系列示波器連接兩個(gè)單端無(wú)源探頭，負端接參考地，正端分別接被測兩點(diǎn)，使用Math的減法功能即可得出被測兩點(diǎn)間電壓。此方法可用于CAT O類(lèi)場(chǎng)合，但不適用測量連接電網(wǎng)的線(xiàn)路。

2、類(lèi)似實(shí)例1的情況，使用ZDL6000示波記錄儀搭配隔離高速電壓采集卡，每通道對地電容小于80pF，在此電容對被測系統影響可忽略的情況下，可直接將單端無(wú)源探頭連接被測兩點(diǎn)。圖3是用此方法測量實(shí)例1中RL的波形。

圖3 ZDL6000測量的RL兩端波形

3、類(lèi)似實(shí)例2的情況，可使用ZP1500D高壓差分探頭及ZDS4000系列示波器進(jìn)行測量。ZP1500D可用于1000V CAT II或600V CAT III的場(chǎng)合。

4、類(lèi)似實(shí)例2的情況，可用ZDL6000示波記錄儀搭配多個(gè)隔離高速電壓采集卡，使用配套的安全探頭可用于1000V CAT II的場(chǎng)合，特別是需要同時(shí)測量多路不同地電位信號的應用。例如開(kāi)關(guān)電源中進(jìn)線(xiàn)LN間、初級濾波電容、變壓器初級、次級、次級濾波電容的電壓可同時(shí)測量。