對那些習(xi) 慣於(yu) 用示波器進行高帶寬測量的人來說，電源測量可能很簡單，因為(wei) 其頻率相對較低。實際上，電源測量中也有很多高速電路設計師從(cong) 來不必麵對的挑戰。

　　整個(ge) 開關(guan) 設備的電壓可能很高，而且是“浮動的”，也就是說，不接地。信號的脈衝(chong) 寬度、周期、頻率和占空比都會(hui) 變化。必須如實捕獲並分析波形，發現波形的異常。這對示波器的要求是苛刻的。多種探頭——同時需要單端探頭、差分探頭以及電流探頭。儀(yi) 器必須有較大的存儲(chu) 器，以提供長時間低頻采集結果的記錄空間。並且可能要求在一次采集中捕獲幅度相差很大的不同信號。

　　準備進行電源測量

　　準備進行開關(guan) 電源的測量時，一定要選擇合適的工具，並且設置這些工具，使它們(men) 能夠準確、可重複地工作。當然示波器必須具備基本的帶寬和采樣速率，以適應SMPS的開關(guan) 頻率。電源測量最少需要兩(liang) 個(ge) 通道，一個(ge) 用於(yu) 電壓，一個(ge) 用於(yu) 電流。有些設施同樣重要，它們(men) 可以使電源測量更容易、更可靠。下麵是一部分要考慮的事項：

　　儀(yi) 器能在同一次采集中處理開關(guan) 器件的開通和斷開電壓嗎?這些信號的比例可能達到100,000:1。

　　有可靠、準確的電壓探頭和電流探頭嗎?有可以校正它們(men) 的不同延遲的有效方法嗎?

　　有沒有有效的方法來將探頭的靜態噪聲降至最低?

　　儀(yi) 器能夠配備足夠的記錄長度，以很高的采樣速率捕獲較長的完整工頻波形嗎?

　　這些特征是進行有意義(yi) 且有效的電源設計測量的基礎。

　　測量一次采集中的100伏和100毫伏電壓

　　要測量開關(guan) 器件的開關(guan) 損耗和平均功率損耗，示波器首先必須分別確定在斷開和開通時開關(guan) 器件上的電壓。

　　在AC/DC變流器中，開關(guan) 器件上的電壓動態範圍非常大。開通狀態下開關(guan) 器件上通過的電壓取決(jue) 於(yu) 開關(guan) 器件的類型。在MOSFET管中，開通電壓為(wei) 導通電阻和電流的乘積。在雙極結型晶體(ti) 管(BJT)和IGBT器件中，該電壓主要取決(jue) 於(yu) 飽和導通壓(VCEsat)。斷開狀態的電壓取決(jue) 於(yu) 工作輸入電壓和開關(guan) 變換器的拓撲。為(wei) 計算設備設計的典型直流電源使用80Vrms到264Vrms之間的通用市電電壓。

　　在最高輸入電壓下開關(guan) 器件上的斷開狀態電壓(TP1和TP2之間)可能高達750V。在開通狀態，相同端子間的電壓可能在幾毫伏到大約1伏之間。顯示了開關(guan) 器件的典型信號特性。

　　為(wei) 了準確地進行開關(guan) 器件電源測量，必須先測量斷開和開通電壓。然而，典型的8位數字示波器的動態範圍不足以在同一個(ge) 采集周期中既準確采集開通期間的毫伏級信號，又準確采集斷開期間出現的高電壓。要捕獲該信號，示波器的垂直範圍應設為(wei) 每分度100伏。在此設置下，示波器可以接受高達1000V的電壓，這樣就可以采集700V的信號而不會(hui) 使示波器過載。使用該設置的問題在於(yu) 最大靈敏度(能解析的最小信號幅度)變成了1000/256，即約為(wei) 4V。

　　泰克DPOPWR軟件解決(jue) 了這個(ge) 問題，用戶可以把設備技術數據中的RDSON或VCEsat值輸入圖4所示的測量菜單中。如果被測電壓位於(yu) 示波器的靈敏度範圍內(nei) ，DPOPWR也可以使用采集的數據進行計算，而不是使用手動輸入的值。

　　消除電壓探頭和電流探頭之間的時間偏差

　　要使用數字示波器進行電源測量，就必須測量MOSFET開關(guan) 器件漏極、源極間的電壓和電流，或IGBT集電極、發射極間的電壓。該任務需要兩(liang) 個(ge) 不同的探頭：一支高壓差分探頭和一支電流探頭。後者通常是非插入式霍爾效應型探頭。這兩(liang) 種探頭各有其獨特的傳(chuan) 輸延遲。這兩(liang) 個(ge) 延遲的差(稱為(wei) 時間偏差)，會(hui) 造成幅度測量以及與(yu) 時間有關(guan) 的測量不準確。一定要了解探頭傳(chuan) 輸延遲對最大峰值功率和麵積測量的影響。畢竟，功率是電壓和電流的積。如果兩(liang) 個(ge) 相乘的變量沒有很好地校正，結果就會(hui) 是錯誤的。探頭沒有正確進行“時間偏差校正”時，開關(guan) 損耗之類測量的準確性就會(hui) 影響。

　　表明了探頭時滯影響的實際示波器屏幕圖。它使用泰克P52051.3kV差分探頭和TCP0030AC/DC電流探頭連接到DUT上。電壓和電流信號通過校準夾具提供。說明了電壓探頭和電流探頭之間的時滯，顯示了在沒有校正兩(liang) 個(ge) 探頭時滯時獲得的測量結果(6.059mW)。顯示了校正探頭時滯的影響。兩(liang) 條參考曲線重疊在一起，表明已經補償(chang) 了延遲。中的測量結果表明了正確校正時滯的重要性。這一實例表明，時滯引入了6%的測量誤差。準確地校正時滯降低了峰到峰功率損耗測量誤差。

　　DPOPWR電源測量軟件可以自動校正所選探頭組合的時間偏差。該軟件控製示波器，並通過實時電流和電壓信號調整電壓通道和電流通道之間的延遲，以去除電壓探頭和電流探頭之間傳(chuan) 輸延遲的差別。

　　還可以使用一種靜態校正時間偏差的功能，但前提是特定的電壓探頭和電流探頭有恒定、可重複的傳(chuan) 輸延遲。靜態校正時間偏差的功能根據一張內(nei) 置的傳(chuan) 輸時間表，自動為(wei) 選定探頭(如本文檔中討論的Tektronix探頭)調整選定電壓和電流通道之間的延遲。該技術提供了一種快速而方便的方法，可以將時間偏差降至最小。

　　消除探頭零偏和噪聲

　　差分探頭和電流探頭可能會(hui) 有很小的偏置。應在測量前消除這一偏置，因為(wei) 它會(hui) 影響測量精度。某些探頭采用內(nei) 置的自動方法消除偏置，其它探頭則要求手動消除偏置。

　　自動消除偏置

　　配有TekVPITM探頭接口的探頭與(yu) 示波器相結合，可以消除信號路徑中發生的任何DC偏置誤差。在TekVPITM探頭上按Menu按鈕，示波器上出現ProbeControls框，顯示AutoZero功能。選擇AutoZero選項，會(hui) 自動清除測量係統中存在的任何DC偏置誤差。TekVPITM電流探頭還在探頭機身上有一個(ge) Degauss/AutoZero按鈕。壓下AutoZero按鈕，會(hui) 消除測量係統中存在的任何DC偏置誤差。

　　手動消除偏置

　　大多數差分電壓探頭都有內(nei) 置的直流零偏修整控製，這使消除零偏成為(wei) 一件相對簡單的步驟：準備工作完成之後，接下來：

　　將示波器設置為(wei) 測量電壓波形的平均值;

　　選擇將在實際測量中使用的靈敏度(垂直)設置;

　　不加信號，將修整器調為(wei) 零，並使平均電平為(wei) 0V(或盡量接近0V)。

　　相似地，在測量前必須調節電流探頭。在消除零偏之後：

　　將示波器靈敏度設置為(wei) 實際測量中將要使用的值;

　　關(guan) 閉沒有信號的電流探頭;

　　將直流平衡調為(wei) 零;

　　把中間值調節到0A或盡可能接近0A;

　　注意，這些探頭都是有源設備，即使在靜態，也總會(hui) 有一些低電平噪聲。這種噪聲可能影響那些同時依賴電壓和電流波形數據的測量。DPOPWR軟件包包含一項信號調節功能，可以將固有探頭噪聲的影響降至最低。

　　記錄長度在電源測量中的作用

　　示波器在一段時間內(nei) 捕獲事件的能力取決(jue) 於(yu) 所用的采樣速率，以及存儲(chu) 采集到的信號樣本的存儲(chu) 器的深度(記錄長度)。存儲(chu) 器填充的速度和采樣速率成正比。如果為(wei) 了提供詳細的高分辨率信號而將采樣速率設得很高，存儲(chu) 器很快就會(hui) 充滿。

　　對很多SMPS電源測量來說，必須捕獲工頻信號的四分之一周期或半個(ge) 周期(90或180度)，有些甚至需要整個(ge) 周期。這是為(wei) 了積累足夠的信號數據，以在計算中抵消工頻電壓波動的影響。

　　識別真正的Ton與(yu) Toff轉換

　　為(wei) 了精確地確定開關(guan) 轉換中的損耗，首先必須濾除開關(guan) 信號中的振蕩。開關(guan) 電壓信號中的振蕩很容易被誤認為(wei) 開通或關(guan) 斷轉換。這種大幅度振蕩是SMPS在非持續電流模式(DCM)和持續電流模式(CCM)之間切換時電路中的寄生元件造成的。

　　簡化形式表示出了一個(ge) 開關(guan) 信號。這種振蕩使示波器很難識別真正的開通或關(guan) 斷轉換。一種解決(jue) 方法是預先定義(yi) 一個(ge) 信號源進行邊沿識別、一個(ge) 參考電平和一個(ge) 遲滯電平，根據信號複雜度和測量要求的不同，也可以將測得信號本身作為(wei) 邊沿電平的信號源。或者，也可以指定某些其它的整潔的信號。

　　在某些開關(guan) 電源設計(如有源功率因數校正變流器)中，振蕩可能要嚴(yan) 重得多。DCM模式大大增強了振蕩，因為(wei) 開關(guan) 電容開始和濾波電感產(chan) 生共振。僅(jin) 僅(jin) 設置參考電平和磁滯電平可能不足以識別真正的轉換。

　　這種情況下，開關(guan) 器件的柵極驅動信號可以確定真正的開通和關(guan) 斷轉換，這樣就隻需要適當設置柵極驅動信號的參考電平和磁滯電平。