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如何用数字示波器测试开关电源?

2013-07-02  光之神319

如何用数字示波器测试开关电源?

2008/11/24/13:56 来源:电子产品世界

    消除探头零偏和噪声

    差分探头和电流探头可能会有很小的偏置。应在测量前消除这一偏置,因为它会影响测量精度。某些探头采用内置的自动方法消除偏置,其它探头则要求手动消除偏置。

图8.校正时间偏差后的电压和电流信号。

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图9.校正时间偏差后的峰值幅度和面积测量。将此结果与图7中的结果进行比较。

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    自动消除偏置

    配有TekVPITM探头接口的探头与示波器相结合,可以消除信号路径中发生的任何DC偏置误差。在TekVPITM探头上按Menu按钮,示波器上出现ProbeControls框,显示AutoZero功能。选择AutoZero选项,会自动清除测量系统中存在的任何DC偏置误差。TekVPITM电流探头还在探头机身上有一个Degauss/AutoZero按钮。压下AutoZero按钮,会消除测量系统中存在的任何DC偏置误差。

    手动消除偏置

    大多数差分电压探头都有内置的直流零偏修整控制,这使消除零偏成为一件相对简单的步骤:准备工作完成之后,接下来:

    将示波器设置为测量电压波形的平均值;

    选择将在实际测量中使用的灵敏度(垂直)设置;

    不加信号,将修整器调为零,并使平均电平为0V(或尽量接近0V)。

    相似地,在测量前必须调节电流探头。在消除零偏之后:

    将示波器灵敏度设置为实际测量中将要使用的值;

    关闭没有信号的电流探头;

    将直流平衡调为零;

    把中间值调节到0A或尽可能接近0A;

    注意,这些探头都是有源设备,即使在静态,也总会有一些低电平噪声。这种噪声可能影响那些同时依赖电压和电流波形数据的测量。DPOPWR软件包包含一项信号调节功能(图10),可以将固有探头噪声的影响降至最低。

    记录长度在电源测量中的作用

    示波器在一段时间内捕获事件的能力取决于所用的采样速率,以及存储采集到的信号样本的存储器的深度(记录长度)。存储器填充的速度和采样速率成正比。如果为了提供详细的高分辨率信号而将采样速率设得很高,存储器很快就会充满。

    对很多SMPS电源测量来说,必须捕获工频信号的四分之一周期或半个周期(90或180度),有些甚至需要整个周期。这是为了积累足够的信号数据,以在计算中抵消工频电压波动的影响。

    识别真正的Ton与Toff转换

    为了精确地确定开关转换中的损耗,首先必须滤除开关信号中的振荡。开关电压信号中的振荡很容易被误认为开通或关断转换。这种大幅度振荡是SMPS在非持续电流模式(DCM)和持续电流模式(CCM)之间切换时电路中的寄生元件造成的。

    图11以简化形式表示出了一个开关信号。这种振荡使示波器很难识别真正的开通或关断转换。一种解决方法是预先定义一个信号源进行边沿识别、一个参考电平和一个迟滞电平,如图12所示。根据信号复杂度和测量要求的不同,也可以将测得信号本身作为边沿电平的信号源。或者,也可以指定某些其它的整洁的信号。

    在某些开关电源设计(如有源功率因数校正变流器)中,振荡可能要严重得多。DCM模式大大增强了振荡,因为开关电容开始和滤波电感产生共振。仅仅设置参考电平和磁滞电平可能不足以识别真正的转换。

    这种情况下,开关器件的栅极驱动信号(即图1和图2中的时钟信号)可以确定真正的开通和关断转换,如图13所示。这样就只需要适当设置栅极驱动信号的参考电平和磁滞电平。

图10该信号特征的典型参考电平和迟滞电平。

图10该信号特征的典型参考电平和迟滞电平。

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图11.用于识别Ton和Toff转换的栅极信号Vg。

图11.用于识别Ton和Toff转换的栅极信号Vg。

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图12.开关器件的典型信号特征。

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