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用数字荧光示波器对功率损耗进行高精度分析

来源:今日电子/Hans-Peter Fleischeuer?? 2006年07月21日 ?? 收藏0

?????? 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。

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

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示波器? 功率损耗?

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