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當(dāng)前位置:上海茂碩機(jī)械設(shè)備有限公司>>技術(shù)文章>>示波器測(cè)量開關(guān)電源的實(shí)用技巧
在理想情況下,,每個(gè)電源都應(yīng)該按照為它設(shè)計(jì)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(huì)對(duì)結(jié)果造成影響,,所以設(shè)計(jì)人員需要借助示波器進(jìn)行電源測(cè)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(cè)量技巧呢,?
在使用示波器進(jìn)行實(shí)際測(cè)試時(shí),,帶寬、衰減比,、浮地測(cè)量,、共模抑制比、電流測(cè)量等如果測(cè)試不準(zhǔn)確,,將產(chǎn)生誤差,,這會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大影響。為了避免測(cè)試誤差,,R&S的測(cè)試專家將為您一一解析以上參數(shù),,確保測(cè)試準(zhǔn)確性。
帶寬是大多數(shù)工程師在選擇一款示波器時(shí)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(jì)開關(guān)電源時(shí),到底選擇多大帶寬的示波器進(jìn)行測(cè)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(duì)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(shí)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(shí)間為0.35/BW,,平坦響應(yīng)的上升沿時(shí)間為0.4-0.45/BW。所以為了保證信號(hào)的高保真度,,要盡量保證信號(hào)帶寬在示波器的帶寬之內(nèi),。根據(jù)上升時(shí)間實(shí)際值與測(cè)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,。考慮包括探頭在內(nèi)的測(cè)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(shí)間比較快的信號(hào),對(duì)示波器和探頭的要求比較高,,但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí),,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。
衰減比與噪聲
示波器對(duì)輸入信號(hào)電壓有要求,。如果被測(cè)信號(hào)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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減,之后再送入示波器,。如使用RTM3004示波器時(shí),,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(cè)量。
浮地 測(cè)量
出于對(duì)成本和安全的考慮,,浮地測(cè)量一直是工程師的痛點(diǎn),。在測(cè)量LLC電路的下管驅(qū)動(dòng)時(shí),如果用示波器直接測(cè),,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(huì)額外占用一個(gè)通道。
4
A,、B輪流測(cè)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(hào)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(huì)額外占用一個(gè)通道,。
7
采用RTH系列隔離通道示波器,,不用做運(yùn)算,不會(huì)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(huì)占用通道,,推薦使用,。
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(shí)測(cè)量上下管時(shí),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(huì)導(dǎo)致上下管的開關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)毛刺,,非常影響測(cè)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(shí)均為60dB左右,,效果非常好,。
電流 測(cè)量
在很多時(shí)候,工程師在測(cè)量信號(hào)電壓的同時(shí),,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(shí)候就需要借助電流探頭進(jìn)行電流測(cè)量,。
實(shí)測(cè) 演示
在實(shí)測(cè)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(cè)試。連接測(cè)試電路和測(cè)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(dòng),。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(shí)優(yōu)勢(shì)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,。
在LLC典型電路下,可以看到上管VDS信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng),,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(duì)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(duì)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(shí)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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