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示波器測量開關(guān)電源的實(shí)用技巧

更新時間:2023-05-30      點(diǎn)擊次數(shù):502

在理想情況下,每個電源都應(yīng)該按照為它設(shè)計的數(shù)學(xué)模型那樣工作。但現(xiàn)實(shí)的情況卻可能出現(xiàn)元器件有缺陷,負(fù)載變化,供電電源失真,甚至是放置環(huán)境的不同也會對結(jié)果造成影響,所以設(shè)計人員需要借助示波器進(jìn)行電源測量。示波器的選擇不僅要考慮合適的帶寬、采樣速率和足夠的通道等因素,還要兼顧到采購成本。那么,該如何選擇一款適合自己的示波器,以及在開關(guān)電源中都有哪些實(shí)用的測量技巧呢?



在使用示波器進(jìn)行實(shí)際測試時,帶寬、衰減比、浮地測量、共模抑制比、電流測量等如果測試不準(zhǔn)確,將產(chǎn)生誤差,這會對測量結(jié)果產(chǎn)生很大影響。為了避免測試誤差,R&S的測試專家將為您一一解析以上參數(shù),確保測試準(zhǔn)確性。


帶寬是大多數(shù)工程師在選擇一款示波器時首先考慮的參數(shù)。通常認(rèn)為應(yīng)該選帶寬盡量低的示波器,滿足使用需求即可。但是隨著第三代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,高寬帶示波器的需求明顯變多了。那么在設(shè)計開關(guān)電源時,到底選擇多大帶寬的示波器進(jìn)行測量合適呢?


由于電源的開關(guān)頻率不太大,如果電源輸出是方波而不是正弦波,那么對示波器的要求就不能從開關(guān)頻率上來定義,而是要從上升沿時間上來定義。因?yàn)椴煌念l率響應(yīng)曲線得到的數(shù)據(jù)不一樣,比如高斯響應(yīng)的上升沿時間為0.35/BW,平坦響應(yīng)的上升沿時間為0.4-0.45/BW。所以為了保證信號的高保真度,要盡量保證信號帶寬在示波器的帶寬之內(nèi)。根據(jù)上升時間實(shí)際值與測試值之間的關(guān)系公式可以看出,越大帶寬的示波器,誤差越小??紤]包括探頭在內(nèi)的測試系統(tǒng),帶寬越高的示波器和探頭誤差越小。雖然上升沿時間比較快的信號,對示波器和探頭的要求比較高,但是在實(shí)際應(yīng)用時,還要根據(jù)可接受的誤差精度,選擇合適帶寬的示波器和探頭。

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衰減比與噪聲

示波器對輸入信號電壓有要求。如果被測信號的電壓大于示波器允許的最大電壓輸入,那么必須先用探頭對輸入信號進(jìn)行衰減,之后再送入示波器。如使用RTM3004示波器時,可以選擇探頭通道100μ-10K之間任意的衰減比,使用范圍非常廣。而且噪聲只有670μV左右,適合精準(zhǔn)測量。




浮地 測量

出于對成本和安全的考慮,浮地測量一直是工程師的痛點(diǎn)。在測量LLC電路的下管驅(qū)動時,如果用示波器直接測,有可能出現(xiàn)漏電和短路的情況,通常有八種處理方法。

1

是剪掉AC電源線地線,但是有安全隱患。

2

是示波器加隔離變壓器供電,但是有安全隱患。

3

電源加隔離變壓器供電,但是會額外占用一個通道。

4

A、B輪流測試,但是沒法判斷死區(qū)。

5

A采用普通無源探頭、B采用差分探頭,但是信號上升沿斜率可能不一樣,且沒法判斷死區(qū)。

6

采用多根無源探頭(如果使用RTM系列示波器需要再采用MATH運(yùn)算,如果使用RTE RTO系列示波器不需要額外再做運(yùn)算),但是會額外占用一個通道。

7

采用RTH系列隔離通道示波器,不用做運(yùn)算,不會占用通道,推薦使用。

8

采用兩根差分探頭,不用做運(yùn)算,不會占用通道,推薦使用。




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共模抑制比

已知帶寬越大,衰減的倍率越大。在理想狀態(tài)下,同時測量上下管時,示波器上的上下管波形是一致的。而實(shí)際的波形中,由于探頭的共模抑制比不夠,會導(dǎo)致上下管的開關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)毛刺,非常影響測量。這里使用的是RT-ZHD16差分探頭,它的共模抑制比在100K和1G時均為60dB左右,效果非常好。




電流 測量

在很多時候,工程師在測量信號電壓的同時,還需要查看電流波形。比如查看LLC電路的諧振電流的工作狀態(tài)是否正常,這時候就需要借助電流探頭進(jìn)行電流測量。




實(shí)測 演示

在實(shí)測部分,使用5G Sa/s,10-bit ADC的RTM3004示波器,RT-ZHD16差分探頭,RT-ZC20電流探頭進(jìn)行LLC半橋電路的電流和電壓測試。連接測試電路和測試儀器,示波器顯示出上管Vds電壓波形存在正常的輕微抖動。由于RTM3004示波器具有超高的直流偏置的功能,特別是分析直流上疊加的紋波時優(yōu)勢明顯。因此放大波形,可看到波形不是平坦的,而是帶有尖峰和圓弧。




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在LLC典型電路下,可以看到上管VDS信號和驅(qū)動信號的波形都非常干凈,說明RTM3004示波器的共模抑制比很好。在放大諧振電流波形之后,可以看到波形有正常的抖動,使用示波器的精確觸發(fā)功能,在諧振電流峰值觸發(fā)波形,得到相對靜止的波形。RTM3004示波器的觸發(fā)靈敏度非常高,可以在臨界點(diǎn)顯示相對靜止的波形,并捕捉到異常波形,為工程師正確調(diào)整電路提供參考。同時顯示Vds和諧振電流的波形,可以看到關(guān)斷瞬間諧振電流的波形。



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