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提升示波器采样速率 增强捕获事件的能力
来源:金凯博集团 发布时间:2021-12-18 类别:行业动态
信息摘要:

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。 对那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说,电源测量可能很简单,因为其频率相对较低。实际上,电源测量中也有很多高速电路设计师从来不必面对的挑战。

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像,便于人们研究各种电现象的变化过程。

对那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说,电源测量可能很简单,因为其频率相对较低。实际上,电源测量中也有很多高速电路设计师从来不必面对的挑战。

整个开关设备的电压可能很高,而且是“浮动的”,也就是说,不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会变化。必须如实捕获并分析波形,发现波形的异常。这对示波器的要求是苛刻的。多种探头——同时需要单端探头、差分探头以及电流探头。仪器必须有较大的存储器,以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。

准备进行电源测量

准备进行开关电源的测量时,一定要选择合适的工具,并且设置这些工具,使它们能够准确、可重复地工作。当然示波器必须具备基本的带宽和采样速率,以适应SMPS的开关频率。电源测量最少需要两个通道,一个用于电压,一个用于电流。有些设施同样重要,它们可以使电源测量更容易、更可靠。下面是一部分要考虑的事项:

仪器能在同一次采集中处理开关器件的开通和断开电压吗?这些信号的比例可能达到100,000:1。

有可靠、准确的电压探头和电流探头吗?有可以校正它们的不同延迟的有效方法吗?

有没有有效的方法来将探头的静态噪声降至最低?

仪器能够配备足够的记录长度,以很高的采样速率捕获较长的完整工频波形吗?

这些特征是进行有意义且有效的电源设计测量的基础。

测量一次采集中的100伏和100毫伏电压

要测量开关器件的开关损耗和平均功率损耗,示波器首先必须分别确定在断开和开通时开关器件上的电压。

在AC/DC变流器中,开关器件上的电压动态范围非常大。开通状态下开关器件上通过的电压取决于开关器件的类型。在MOSFET管中,开通电压为导通电阻和电流的乘积。在双极结型晶体管(BJT)和IGBT器件中,该电压主要取决于饱和导通压(VCEsat)。断开状态的电压取决于工作输入电压和开关变换器的拓扑。为计算设备设计的典型直流电源使用80Vrms到264Vrms之间的通用市电电压。

在最高输入电压下开关器件上的断开状态电压(TP1和TP2之间)可能高达750V。在开通状态,相同端子间的电压可能在几毫伏到大约1伏之间。显示了开关器件的典型信号特性。

为了准确地进行开关器件电源测量,必须先测量断开和开通电压。然而,典型的8位数字示波器的动态范围不足以在同一个采集周期中既准确采集开通期间的毫伏级信号,又准确采集断开期间出现的高电压。要捕获该信号,示波器的垂直范围应设为每分度100伏。在此设置下,示波器可以接受高达1000V的电压,这样就可以采集700V的信号而不会使示波器过载。使用该设置的问题在于最大灵敏度(能解析的最小信号幅度)变成了1000/256,即约为4V。

泰克DPOPWR软件解决了这个问题,用户可以把设备技术数据中的RDSON或VCEsat值输入图4所示的测量菜单中。如果被测电压位于示波器的灵敏度范围内,DPOPWR也可以使用采集的数据进行计算,而不是使用手动输入的值。

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