用数字荧光示波器对功率损耗进行高精度分析

?????? 随着许多行业对开关电源需求的不断增长，测量和分析下一代开关电源的功率损耗就显得至关重要，本文介绍了如何利用TDS500O系列数字荧光示波器，加上TDSPWR2功率测量软件进行功率损耗分析

?????? 新型的开关电源(SMPS，SwitchModePowerSupply)需要给具有数据传输速度高和GHz级处理器提供较低的电压合很高的电流，这给电源设计人员在电源效率、功率密度、可靠性和成本几方面增加了无形的新压力。为了在设计中考虑到这些需求，设计人员采用了同步整流技术、有源功率因数校正和提高开关频率等新结构。这些技术也随之带来了某些更高的挑战，如:开关器件上较高的功率损耗和过度的EMI/EMC。

?????? 由于开关式电源耗散的功率决定了电源的效率及其热效应，所以测定开关器件和电感器/变压器的功率损耗是一项极为重要的测量工作。设计人员在精确测量和分析各种设备的瞬时功率损耗时，所面临的挑战有

下列几个方面:精确测量功率损耗所需的测试装置；校正电压和电流探头传导延迟所造成的误差；计算非周期性开关变化的功率损耗图；分析负载动态变化期间的功率损耗；计算电感器或变压器的磁芯损耗。

?????? 精确测量功率损耗所需的测试装置

?????? 图1所示为开关变换的简化电路。图1中的MOSFET没有与AC馈电线接地或电路输出接地连接，即与地隔离，因此无法用示波器进行简单的接地参考电压测量，因为若把探头的接地导线连接在MOSFET的任何端子上，都会使该点通过示波器与接地短路。

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???????????????????????????????????????????????????? 图1 开关内的电路示意图

?????? 在这种情况下，差分测量是测量MOSFET电压波形的最好方法。差分测量可测定漏极-源极电压(VDS)，即MOSFET的漏极端子和源极端子上的电压。VDS可在电压之上浮动，电压范围可为几十伏至几百伏，这取决于电源的电压范围。这里可通过以下几种方法测量VDS:

?????? *悬浮示波器的机箱地线。建议不要使用，因为这样极不安全，对用户、被测设备和示波器都有危险。

?????? *使用两个常规的单端无源探头将其接地导线连接在一起，然后用示波器的通道计算功能迸行测量。这种测量法叫做准差分测量，虽然无源探头可与示波器的放大器结合使用，但缺少可适当阻止任何共模电压的共模抑制比(CMRR)功能，这种设置不能准确测量电压，但可使用已有的探头。

?????? *使用市场上可以买到的探头隔离器隔离示波器机箱接地。探头的接地导线将不再为接地电位，并可将探头与一个测试点直接连接。探头隔离器是一种有效的解决方案，但较为昂贯，其成本是差分探头的2～5倍。

?????? *在宽带示波器上使用真正的差分探头。可通过差分探头精确地测量VDS，这是最好的方法。

?????? 通过MOSFET进行电流测量时，先将电流探头夹好，然后微调测量系统。许多差分探头都装有内置的直流偏移微调电容器。关闭被测设备待示波器和探头完全预热后，便可设定示波器测量电压和电流波形的平均值。应使用实际测量所用的数值设置敏感度。在没有信号的情况下，调整微调电容器，将每

示波器? 功率损耗?