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開(kāi)關(guān)損耗測試,您“去延遲”了嗎?

上海華湘
2024-03-14 16:13
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開(kāi)關(guān)電源(SMPS)已成為當下直流電源的主流架構,它不僅能夠輕松應對負載變化,還能顯著(zhù)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,就在于其巧妙運用了金屬氧化物場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)與絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等功率半導體開(kāi)關(guān)器件。這些神奇的器件,開(kāi)關(guān)速度快如閃電,還能輕松應對不穩定電壓尖峰的挑戰。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。

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圖1:半導體功率器件電路圖


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,對于那些希望使用數字示波器精準測量開(kāi)關(guān)電源的用戶(hù)來(lái)說(shuō),了解并測量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等關(guān)鍵指標,為優(yōu)化電源性能提供有力依據。

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,一支負責捕捉電壓變化,一支負責監測電流波動(dòng),共同繪制出開(kāi)關(guān)器件的工作全貌。

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圖2:測量過(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(zhù)時(shí)間的推移以延遲差的形式影響著(zhù)相關(guān)測試的準確性,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)現對開(kāi)關(guān)損耗的精確測量。

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圖3:傳輸延遲差與測量結果的關(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)可提供穩定時(shí)間差的電壓、電流信號作為測量的標準源。在此過(guò)程中橫河701936同步信號源就是一款非常理想的選擇,其外觀(guān)如圖4所示。使用USB電纜供電的橫河701936同步信號源可通過(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)在測量時(shí)施加1A的信號源以便于完成更大范圍的電流測量;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)現對AEM、LEM和部分離核心Hitec的直通型CT測量。

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圖4:橫河去延遲校正信號源 701936


去延時(shí)操作




那么我們應該如何使用橫河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圖5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)行設置,并捕捉電壓電流信號的下降沿。如用戶(hù)使用橫河DLM系列示波器,就可以直接在對應電壓/電流通道中的探頭設置內手動(dòng)完成去延遲操作。

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圖5:電壓探頭與電流探頭連接以及去延遲示意圖



01

一定要使用下降沿。


02

精確去延遲并不是將兩個(gè)波形調整到簡(jiǎn)單重合即可。而是要根據不同的接線(xiàn)端口情況對其設置進(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整至圖6程度。

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圖6:接入小電流端口時(shí)電壓電流波形調整標準圖

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整至圖7所示程度。


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圖7:接入大電流時(shí)電壓電流波形調整標準