開關損耗測試，您“去延遲”了嗎？
上海華湘
2024-03-14 16:13
1023次開關電源(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，還能顯著提升能源利用效率，真可謂一舉兩得！而SMPS技術背后的奧秘，就在于其巧妙運用了金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)與絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等功率半導體開關器件。這些神奇的器件，開關速度快如閃電，還能輕松應對不穩定電壓尖峰的挑戰。在開通和斷開狀態間切換時，它們以極低的能量消耗產生較高的效率，同時保持較低的發熱溫度。
圖1：半導體功率器件電路圖
探頭的傳輸延遲 開關器件的優劣，無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關電源的用戶來說，了解并測量MOSFET開關器件的漏極與源極間的電壓和電流，或是IGBT集電極與發射極間的電壓，就顯得尤為重要。通過這些測量，我們能夠更全面地了解開關器件的開關損耗、平均功率損耗以及安全工作區等關鍵指標，為優化電源性能提供有力依據。 在這一過程中，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，共同繪制出開關器件的工作全貌。 圖2：測量過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隨著時間的推移以延遲差的形式影響著相關測試的準確性，變化關系如圖3所示，其中功率是電壓和電流的乘積，功耗是功率對時間的積分。由此可見在實操過程中我們一定要消除兩支探頭間的傳輸延遲，才能實現對開關損耗的精確測量。 圖3：傳輸延遲差與測量結果的關系示意圖 在完成“去延遲”操作之前我們首先需要選取一個可提供穩定時間差的電壓、電流信號作為測量的標準源。在此過程中橫河701936同步信號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同步信號源可通過USB接口與示波器直連，方便用戶取電；同時橫河701936不僅支持多種類型的鉗式電流探頭，如Yokogawa 701930和701931，還支持用戶在測量時施加1A的信號源以便于完成更大范圍的電流測量；此外用戶還可使用701936以及0.1A的供電電流可移動線圈實現對AEM、LEM和部分離核心Hitec的直通型CT測量。 圖4：橫河去延遲校正信號源 701936 去延時操作 那么我們應該如何使用橫河701936進行去延遲操作呢？ 首先，用戶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線纜為701936這一去延遲電路板供電；隨后用戶需在示波器端進行設置，并捕捉電壓電流信號的下降沿。如用戶使用橫河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波形調整到簡單重合即可。而是要根據不同的接線端口情況對其設置進行分類討論： 若用戶使用小電流端口I1，即左圖紅色線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。 圖6：接入小電流端口時電壓電流波形調整標準圖 若用戶使用大電流端口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。 圖7：接入大電流端口時電壓電流波形調整標準圖
