RIGOL普源示波器的開關電源完整性測試

在現代電子技術領域，開關電源已成為電源管理的核心技術。其通過精確控制開關管的導通與關斷時間比（PWM調制），實現了高效穩定的電壓輸出。這種技術廣泛應用于消費電子（如手機/筆記本充電器）、工業控制、通信設備以及醫療電子等領域，其核心優勢在于：

高功率密度：單位體積輸出功率顯著提升

高效轉換：典型效率可達85%-95%

寬輸入范圍：適應全球電網波動

動態響應快：滿足負載突變場景需求 

隨著第三代半導體器件（GaN/SiC）的應用，現代開關電源的工作頻率已突破MHz級，這對測試測量技術提出了更高要求。RIGOL示波器憑借其卓越的帶寬性能和深度分析功能，成為開關電源完整性測試的理想解決方案。

開關電源測試核心挑戰

高頻信號捕獲：現代電源開關頻率達數百kHz至MHz級

多參數同步分析：需同時觀測電壓、電流、紋波及控制信號

動態響應評估：負載階躍時的瞬態特性分析

EMI預兼容測試：開關噪聲的頻域分布分析

安全隔離要求：高壓側與低壓側信號隔離測量

RIGOL測試系統配置方案

主機平臺選擇

推薦配置：對于高頻開關電源測試，建議選擇MSO8000系列，其2GHz帶寬和10GSa/s采樣率可完整捕獲開關瞬態過程，16bit垂直分辨率有效提升小信號測量精度。

探頭系統配置

電壓測量：

PVP2150/PVP2350無源探頭：1X/10X衰減比，100MHz/350MHz帶寬

RP1000D高壓差分探頭：50MHz-500MHz帶寬，1kV/2kV測量范圍

電流測量：

RP1000C系列電流探頭：50A/100A峰值測量，DC-50MHz帶寬

特殊應用：

T2R1000探頭適配器：實現TekProbe接口兼容

RPA246偏移校準夾具：消除探頭系統誤差

軟件分析套件

UPA-DS Ultra Power Analyzer：提供完整的電源分析功能包，包括：

開關損耗分析（Turn-on/off損耗計算）

磁性元件評估（電感電流紋波測量）

電源質量分析（THD、諧波、功率因數）

動態響應測試（負載階躍響應時間測量）

環路穩定性分析（Bode圖繪制）

典型測試場景實現

1. 開關損耗分析

測試配置：

通道1：連接PVP2350探頭測量MOSFET柵極驅動信號

通道2：連接RP1000D差分探頭測量漏源極電壓

通道3：連接RP1000C電流探頭測量電感電流

分析流程：

設置UPA-DS軟件開關損耗分析模塊

定義導通/關斷閾值電壓（通常為Vth±10%）

自動計算導通損耗（Eon）、關斷損耗（Eoff）及總開關損耗

生成損耗分布統計報表

2. 輸出紋波測量

關鍵要點：

采用20MHz帶寬限制功能抑制開關噪聲

使用短接地彈簧針減少環路面積

示波器垂直刻度設置為mV級精細測量

啟用余輝顯示觀察紋波包絡

3. 環路穩定性分析

實現方法：

注入點選擇：在反饋環路中串聯5Ω電阻

信號注入：使用RIGOL函數發生器施加掃頻信號（10Hz-1MHz）

測量配置：

通道1：測量注入點電壓（擾動信號）

通道2：測量輸出電壓變化

UPA-DS自動計算增益/相位裕度，繪制Bode圖

測試優化技巧

探頭補償校準：每次更換探頭或溫度變化后執行

接地優化：使用接地環或接地彈簧針減少輻射干擾

觸發設置：采用邊沿觸發+脈寬觸發組合提高捕獲穩定性

深度存儲應用：開啟200Mpts存儲深度實現長時基下的精細測量

數學運算功能：利用FFT分析開關噪聲頻譜分布

RIGOL示波器系統為開關電源設計提供了從器件級到系統級的完整測試解決方案。通過合理配置主機平臺、探頭系統及分析軟件，工程師可實現：

開關特性精準表征

損耗機制深度解析

動態響應全面評估

可靠性風險提前預警

這種測試方法論不僅適用于傳統硅基電源設計，更可擴展至GaN、SiC等新型半導體器件的電源系統開發，為電源工程師提供強有力的技術支撐。