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?？紤]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。
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。
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。
電源加隔離變壓器供電，但是會(huì)額外占用一個(gè)通道。
A、B輪流測(cè)試，但是沒法判斷死區(qū)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
