示波器在電源測(cè)量中的應(yīng)用

　　準(zhǔn)備電源測(cè)量

　　對(duì)習(xí)慣使用示波器進(jìn)行高帶寬測(cè)量的工程師來(lái)說(shuō)，電源測(cè)量頻率相對(duì)較低，似乎非常簡(jiǎn)單。事實(shí)上，電源測(cè)量也有很多高速電路設(shè)計(jì)人員從未見(jiàn)過(guò)的一系列挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)備的電壓可能會(huì)非常大，而且是“浮動(dòng)的”，即沒(méi)有參考接地。信號(hào)的脈寬、周期、頻率和占空比會(huì)變化，必須如實(shí)地捕獲波形，分析其不理想特點(diǎn)。對(duì)示波器的要求非常苛刻。當(dāng)然，示波器必須有基本帶寬和采樣率，處理SMPS內(nèi)部的開(kāi)關(guān)頻率。電源測(cè)量要求至少兩條通道，一條用于電壓測(cè)量，一條用于電流測(cè)量。提高電源測(cè)量簡(jiǎn)便程度和可靠性的工具也同樣非常重要。下面是部分考慮因素：

　　是否提供安全精確的電壓和電流探測(cè)解決方案?

　　是否有一種快速方式，調(diào)節(jié)探頭的不同延遲?

　　是否有使探頭偏置達(dá)到最小的有效流程?

　　儀器能否配備充足的記錄長(zhǎng)度，以高分辨率捕獲很長(zhǎng)的工頻波形?

　　這些特點(diǎn)為有效執(zhí)行電源設(shè)計(jì)測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

　　安全準(zhǔn)確地探測(cè)電壓波形和電流波形

　　在使用數(shù)字示波器進(jìn)行電源測(cè)量時(shí)，必需測(cè)量設(shè)備中的電壓及電流。這一任務(wù)要求使用兩只不同的探頭：一只電壓探頭(通常是高壓差分探頭)，一只電流探頭。圖1顯示了開(kāi)關(guān)式電源 (SMPS)中的典型測(cè)量方案。在范圍在幾kHz到幾MHz 的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下，金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)控制著電流。

　　測(cè)量經(jīng)過(guò)MOSFET的電流相對(duì)簡(jiǎn)單，可以使用許多不同的霍爾效應(yīng)電流探頭完成，如TCP0030。而測(cè)量電壓則會(huì)面臨更多的問(wèn)題。MOSFET沒(méi)有連接到交流電源接地或電路輸出接地上。因此，不可能使用示波器進(jìn)行接地參考電壓測(cè)量，因?yàn)榘烟筋^的地線連接到任何MOSFET端子上都會(huì)使通過(guò)示波器接地的電路短路。

　　進(jìn)行差分測(cè)量是測(cè)量MOSFET 電壓的最佳方式。在差分測(cè)量中，可以測(cè)量漏極到源極電壓(VDS) ，即MOSFET漏極和源極端子中的電壓。VDS 可以位于幾十伏到幾百伏電壓的頂部，具體視電源的范圍而定?？梢酝ㄟ^(guò)多種方法測(cè)量VDS：

　　浮動(dòng)示波器的機(jī)箱接地。絕對(duì)不要采用這種方式，因?yàn)檫@種非常不安全，會(huì)給用戶、被測(cè)設(shè)備和示波器帶來(lái)危險(xiǎn)。

　　使用傳統(tǒng)無(wú)源單端探頭，把地線相互連接起來(lái)，使用示波器的通道匹配功能。這種測(cè)量方式稱為準(zhǔn)差分測(cè)量。但是，無(wú)源探頭與示波器的放大器結(jié)合使用時(shí)，不能提供充分阻塞任何共模電壓的共模抑制比(CMRR)。盡管用戶可能很想使用這種方法，因?yàn)榭梢允褂靡延械奶筋^，但它并不能準(zhǔn)確地測(cè)量電壓。

　　使用商用探頭隔離器，隔離示波器的機(jī)箱接地。探頭的地線不再位于接地電位，可以把探頭直接連接到測(cè)試點(diǎn)上。探頭隔離器是一種有效的解決方案，但它成本高，通常是差分探頭的2-5倍。