開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試，您“去延遲”了嗎？
上海華湘
2024-03-14 16:13
1019次開(kāi)關(guān)電源(SMPS)已成為當(dāng)下直流電源的主流架構(gòu)，它不僅能夠輕松應(yīng)對(duì)負(fù)載變化，還能顯著提升能源利用效率，真可謂一舉兩得！而SMPS技術(shù)背后的奧秘，就在于其巧妙運(yùn)用了金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)與絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件。這些神奇的器件，開(kāi)關(guān)速度快如閃電，還能輕松應(yīng)對(duì)不穩(wěn)定電壓尖峰的挑戰(zhàn)。在開(kāi)通和斷開(kāi)狀態(tài)間切換時(shí)，它們以極低的能量消耗產(chǎn)生較高的效率，同時(shí)保持較低的發(fā)熱溫度。
圖1：半導(dǎo)體功率器件電路圖
探頭的傳輸延遲 開(kāi)關(guān)器件的優(yōu)劣，無(wú)疑在很大程度上決定了SMPS的總體性能。因此，對(duì)于那些希望使用數(shù)字示波器精準(zhǔn)測(cè)量開(kāi)關(guān)電源的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，了解并測(cè)量MOSFET開(kāi)關(guān)器件的漏極與源極間的電壓和電流，或是IGBT集電極與發(fā)射極間的電壓，就顯得尤為重要。通過(guò)這些測(cè)量，我們能夠更全面地了解開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗、平均功率損耗以及安全工作區(qū)等關(guān)鍵指標(biāo)，為優(yōu)化電源性能提供有力依據(jù)。 在這一過(guò)程中，我們不可或缺的工具便是高壓差分探頭和電流探頭。它們的連接方式如圖2所示，兩者各司其職，一支負(fù)責(zé)捕捉電壓變化，一支負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電流波動(dòng)，共同繪制出開(kāi)關(guān)器件的工作全貌。 圖2：測(cè)量過(guò)程中電流探頭與電壓探頭的連接方式 然而這兩種探頭本身所具備的傳輸延遲卻會(huì)隨著時(shí)間的推移以延遲差的形式影響著相關(guān)測(cè)試的準(zhǔn)確性，變化關(guān)系如圖3所示，其中功率是電壓和電流的乘積，功耗是功率對(duì)時(shí)間的積分。由此可見(jiàn)在實(shí)操過(guò)程中我們一定要消除兩支探頭間的傳輸延遲，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)損耗的精確測(cè)量。 圖3：傳輸延遲差與測(cè)量結(jié)果的關(guān)系示意圖 在完成“去延遲”操作之前我們首先需要選取一個(gè)可提供穩(wěn)定時(shí)間差的電壓、電流信號(hào)作為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)源。在此過(guò)程中橫河701936同步信號(hào)源就是一款非常理想的選擇，其外觀如圖4所示。使用USB電纜供電的橫河701936同步信號(hào)源可通過(guò)USB接口與示波器直連，方便用戶(hù)取電；同時(shí)橫河701936不僅支持多種類(lèi)型的鉗式電流探頭，如Yokogawa 701930和701931，還支持用戶(hù)在測(cè)量時(shí)施加1A的信號(hào)源以便于完成更大范圍的電流測(cè)量；此外用戶(hù)還可使用701936以及0.1A的供電電流可移動(dòng)線(xiàn)圈實(shí)現(xiàn)對(duì)AEM、LEM和部分離核心Hitec的直通型CT測(cè)量。 圖4：橫河去延遲校正信號(hào)源 701936 去延時(shí)操作 那么我們應(yīng)該如何使用橫河701936進(jìn)行去延遲操作呢？ 首先，用戶(hù)需將電壓探頭與電流探頭按照?qǐng)D5所示完成連接，并使用USB線(xiàn)纜為701936這一去延遲電路板供電；隨后用戶(hù)需在示波器端進(jìn)行設(shè)置，并捕捉電壓電流信號(hào)的下降沿。如用戶(hù)使用橫河DLM系列示波器，就可以直接在對(duì)應(yīng)電壓/電流通道中的探頭設(shè)置內(nèi)手動(dòng)完成去延遲操作。 圖5：電壓探頭與電流探頭連接以及去延遲示意圖 一定要使用下降沿。 精確去延遲并不是將兩個(gè)波形調(diào)整到簡(jiǎn)單重合即可。而是要根據(jù)不同的接線(xiàn)端口情況對(duì)其設(shè)置進(jìn)行分類(lèi)討論： 若用戶(hù)使用小電流端口I1，即左圖紅色線(xiàn)纜連接的紅色接頭端，則需將電壓電流波形顯示情況調(diào)整至圖6程度。 圖6：接入小電流端口時(shí)電壓電流波形調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)圖 若用戶(hù)使用大電流端口I2，即左圖電路板上的孔洞端，則需將電壓電流波形調(diào)整至圖7所示程度。 圖7：接入大電流端口時(shí)電壓電流波形調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)圖
