運用泰克示波器4系列B MSO進行電源測量和分析

當今電源設計人的需要員面臨著越來大的壓力，實現 90% 、甚至更高的功率轉換效率。推動這種發展趨勢的 因素、包括延長便攜式電子器件中的電池續航時間、物 聯網以及對功耗更低的 “更加綠色的” 產品的需求。許 多設計正在使用GaN或SiC開關器件代替硅fet和 Igbt一如既往，產品上市時間壓力正不斷推動著測試 速度加快(同時還要非常準確)。

4系列B MSO提供了FlexChannel?輸入及新型圖形用 戶界面，設計人員可以一次測試多個測試點，從而加快測 試速度。高級功率測量和分析選項 (4/5/6-PWR) 為關鍵 功率測量自動完成設置過程，并提供了多種工具，根據電 源設計指標和標準評估測試結果本應用指南將概括介。 紹怎樣使用泰克4系列B MSO示波器及4/5/6-PWR功 率分析軟件進行重要的電源測量。

本應用指南將概括介紹怎樣使用泰克4系列B MSO示 波器及4/5/6-PWR功率分析軟件進行重要的電源測量。

準備電源測量

為進行準確測量，必須正確設置功率測量系統，精確地捕 獲波形，進行分析和調試。要考慮的重要課題有:

消除電壓探頭和電流探頭之間的時延

消除探頭偏置

對電流探頭消磁

消除電壓探頭和電流探頭之間的時延

在使用示波器進行功率測量時，必需測量經過被測器件 的電壓及流經被測器件的電流這項任務要求兩只單獨。 的探頭:一只電壓探頭(通常是高壓差分探頭)和一只電 流探頭每只電壓探頭和電流探頭都有自己的傳播延遲。 特性，這些波形中產生的邊沿可能并沒有對準。電流探頭 和電壓探頭之間的延遲差稱為時延，會導致幅度和定時 測量不準確。

由于時延產生了定時延遲、因此它會導致定時差、相位和 功率系數測量不準確。許多測量系統可以 “自動校準” 儀 器內部的延遲，但在系統中增加探頭時，必須補償探頭放 大器和電纜長度的差異。

泰克4系列B MSO可以補償從探頭尖端到測量系統的 延遲，確保進行最準確的定時測量。您可以手動校正探頭 時延，把探頭連接到相同的波形源，然后把延遲加到較 快信號的信號路徑中，這樣就可以在時間上對準信號，而 不必以物理方式在較短的探頭電纜中增加電纜長度。

圖1. 在調節前對差分電壓探頭和電流探頭之間的時延進行靜態補償這些探頭有。 機載內存，存儲著標稱傳播延遲。

4系列B MSO還提供了單鍵 “靜態” 時延校正功能。圖1是兩個TekVPI? 功率探頭之間的時延實例。示波器從探頭中讀取標稱傳播延遲，計算出兩 只探頭之間的延遲差約為1.48 ns。您只需按正常，抗歪斜按鈕就會調節 信號之間的相對定時。

圖2. 調節后靜態時延補償注意根據探頭中。 存儲的傳播延遲，已經增加了 -1.48 ns的時延 校正。

圖2顯示了圖1中使用的相同的測試設置在運行靜態時延校正功能之后的 結果。如果使用的是非泰克探頭，您需要手動校正電壓和電流波形時延，配 置電流探頭設置。

消除探頭偏置

差分探頭可能有很小的電壓偏置這個偏置可能會影響。 精度，應先消除這個偏置后再繼續測量。大多數差分電 壓探頭有內置直流偏置調節控制，因此去除偏置相對簡 單。

類似的，必需先調節電流能探頭上的偏置，然后才進 行測量的通過把直流電流清零到0A的中位數值或盡 TekVPI探近0A，可以調節電流探頭偏置可能接頭， 如TCP0030AAC/DC電流探頭，內置了自動消磁/ 自動歸零 (消磁 / 自動清零)程序，只需按探頭補償盒上 的按鈕，就可以完成操作，如圖3所示。

圖3. 泰克TCP0030A AC/DC電流探頭擁有消磁/ 自動歸零 (消磁 / 自動清零 ) 功能。

對電流探頭消磁

消磁功能會消除變壓器磁芯中任何殘留的直流流量，這 可能是由大量的輸入電流引起的這種殘余流量會導致。 偏置誤差，應消除這種誤差，提高測量的準確度。

泰克TekVPI電流探頭提供了一個消磁警告指示燈，會警 告用戶執行消磁操作。消磁警告指示燈非常重要，因為電 流探頭會隨著時間推移產生漂移，可能會明顯影響測量。

解決寬帶隙測試挑戰

直到最近，半橋開關電路上管的開關測量幾乎都是不可 能實現的。任何相對于開關節點的測量，包括高側VDS 和經過電流并聯裝置的電壓，都會遭受明顯共模電壓信 號沖擊差分信號導致的失真這個問題在寬帶隙器件中。 變得更加嚴重，比如GaN和SiC晶體管，因為開關頻率 IsoVu探頭無可比擬的共提高了，必須優化全新設計。 模抑制功能以及高級功率測量和分析自動化功能，為優 化最新GaN和SiC設計提供了杰出的解決方案。

圖4. 許多電源拓撲要求在存在大的共模信號時測量小的差分 電壓。例如，半橋開關電路上管的VGS和五DS通常會相對于地 電平上下移動幾百或幾千伏的電壓。IsoVuTM隔離測量系統可以 與4系列B MSO結合使用，提供超高共模抑制功能。

輸入分析

工頻測量表征設計對輸入變化、設計吸收的電流和功率 以及設計的工頻電流失真的反應某些測量如功耗是關。 鍵指標。其他測量如功率因數和諧波，可能會有法規限 制。

功率質量測量

在4/5/6-PWR中，功率質量測量是一套標準功率測量。 它們通常在交流線路輸入上執行，但也可以應用到器件的 交流輸出上，如功率逆電器。這些測量包括:

頻率

RMS電壓和電流

波峰因數 ( 電壓和電流)

有功率、無功功率和視在功率

功率因數和相位

進行測量

通過使用差分探頭測量系統的工頻電壓，使用電流探頭 測量系統的工頻電流，可以簡便地進行功率質量測量。也 可以使用相同的設置，來測量電流諧波。

圖5. 功率質量測量繪制了豐富的交流線路圖畫。上方波形是工頻電壓，電流是紅色波形，瞬時功率是橙色波形。結果標簽 ( 右上方) 顯示了工頻特點摘要，上方區域的結果表可以激活，提供更詳細的數據和統計信息。

測量結果

頻率:電壓波形的頻率，單位為Hz

VRMS: 顯示的電壓波形的均方根值

我RMS: 顯示的電流波形的均方根值

電壓波峰因數:電壓的峰值幅度除以電壓的RMS值

電流波峰因數:電流的峰值幅度除以電流的RMS值

有功率:測量的系統的實數功率，單位為瓦特 (W)

無功功率:臨時存儲在電感或電容單元中的虛數功率，用伏安無功表示

視在功率:測量的復合功率的絕對值，單位為伏安 (VA)

功率因數:有功率與視在功率之比

相位:有功率與視在功率之間的角度，單位為度

小結

通過結合使用4/5/6-PWR應用與5系列MSO示波器， 工程師可以迅速進行準確的、可重復的測量、而且設置 時間非常短。最重要的是，他們不需要進行手動計算， 示波器應用完成了計算工作。通過使用截圖和報告，工 程師可以簡便地提供儀器設置方式、波形和測量結果等 完整的文檔。