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開關(guān)電源測試小訣竅——如何正確使用示波器

發(fā)布時(shí)間:2023-06-01 來源:金升陽 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在FAE的日常工作中經(jīng)常收到有用戶反饋:明明系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行,但是在測試量化波形數(shù)據(jù)時(shí)得到的結(jié)果卻不盡人意,為何會(huì)產(chǎn)生如此出入呢?問題可能出在測試方法和測試設(shè)備的使用上!


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在全面排查是否為系統(tǒng)產(chǎn)品的問題之前(工作量巨大、耗時(shí)耗力),我們必須先檢查自己測試的環(huán)境、手段及方法,是否“測對(duì)了”?其中如何正確的選擇示波器的測試方法尤為重要!


本文主要為大家闡述示波器的三大關(guān)鍵指標(biāo)及金升陽測試使用時(shí)謹(jǐn)遵的測試規(guī)范及相關(guān)注意事項(xiàng)。


一、如何根據(jù)示波器的關(guān)鍵指標(biāo)來選擇合適的示波器


示波器作為常用的高精密測試儀器,它能夠把肉眼看不見的電信號(hào)變換成可視圖像,便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。示波器的正確使用至關(guān)重要,常有測試人員因參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致“實(shí)測數(shù)據(jù)”與系統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)大相徑庭,帶來不必要的麻煩。


示波器三大關(guān)鍵指標(biāo):帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度。


1、帶寬:指響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度下降到70.7%(-3dB)時(shí)的頻率范圍。


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隨高頻功率開關(guān)、整流器技術(shù)的不斷發(fā)展,電源工作頻率的不斷提高,目前市面上新興的GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率開關(guān),開通、關(guān)斷時(shí)間不到5ns(開斷頻率超過200MHz),在工程測量過程中,為觀察此類快速變化的信號(hào),需要足夠帶寬的測量系統(tǒng),帶寬足夠不僅是示波器的帶寬,探頭的帶寬也要足夠。


金升陽常用差分探頭、示波器的帶寬為100MHz,可以滿足日常測試所需。帶寬越高,能采集到的被測信號(hào)高次諧波范圍越廣,被測信號(hào)失真越少,但探頭的帶寬并不是越大越好,帶寬越高,引入的頻率越多,進(jìn)入噪聲信號(hào)也越多,以紋波噪聲測試示波器需開啟20MHz帶寬限制進(jìn)行測量為例,就對(duì)帶寬進(jìn)行了限制,同理當(dāng)測試的低頻信號(hào)噪聲干擾過多時(shí),也可在差分探頭(5MHz)或示波器上開啟帶寬限制。


2、采樣率:指每秒鐘可以采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù),一般來說,示波器的采樣率指標(biāo)都是指示波器工作時(shí)能夠達(dá)到的最高采樣率。


存儲(chǔ)深度=采樣率×采樣時(shí)間。是指示波器在屏幕上顯示一條波形時(shí),其波形的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),我們看到的示波器屏幕上顯示的波形,是由很多采樣點(diǎn)組成的,所有采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù),就是存儲(chǔ)深度。


存儲(chǔ)深度對(duì)測量會(huì)有什么影響?我們給示波器加上一個(gè)頻率為1KHz,幅值為2V的方波,用28M存儲(chǔ)深度的示波器,截取14S的信號(hào),此時(shí)采樣率為2Msa/S放大2000倍,依然還是方波。


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當(dāng)用28K存儲(chǔ)深度的示波器,截取14S的信號(hào),此時(shí)采樣率為2Ksa/S,放大2000倍,得到的波形失真。


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從這個(gè)例子總結(jié)可知:相同采樣時(shí)間,采樣率越大,示波器的存儲(chǔ)深度越大,保存的波形可以看到更多的細(xì)節(jié)。在測試時(shí)應(yīng)確保自己的采樣率足夠,避免采樣時(shí)間太長而導(dǎo)致波形失真。一般示波器滾動(dòng)狀態(tài)下采集率最高可到達(dá)4MSa/s,觸發(fā)模式下可達(dá)到更高。


以金升陽大功率機(jī)殼LMF1000-20Bxx產(chǎn)品應(yīng)力調(diào)試波形為例:


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金升陽研發(fā)調(diào)試及產(chǎn)品驗(yàn)測時(shí)通常采用的是4GSa/s高精度采集四通道示波器,真實(shí)展現(xiàn)產(chǎn)品高頻信號(hào)及瞬態(tài)工作數(shù)據(jù),能夠全面地通過數(shù)據(jù)評(píng)估設(shè)計(jì)的可靠性。


二、示波器使用的注意事項(xiàng)


1、示波器接入新的無源探頭或插拔探頭使用,必須校準(zhǔn),否則測試結(jié)果不準(zhǔn)(紋波測試結(jié)果誤差10mV以上),測量時(shí)需盡量使探頭地線短,探頭補(bǔ)償步驟如下:


①把探頭連接到一條垂直通道,隨后把探頭尖端連接到示波器方波參考信號(hào)上;


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②觀察方波參考信號(hào),調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容。調(diào)節(jié)方式可見下圖


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2、示波器與探頭需阻抗匹配。一般通用示波器在輸入端有1MΩ(一般電路)和50Ω(高速電路)的可切換匹配電阻,與探頭正確的匹配以減少被測電路的負(fù)載效應(yīng)影響。


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3、示波器電源線接地時(shí),需避免使用普通探頭與由電力系統(tǒng)供電的產(chǎn)品直接相連,請(qǐng)使用差分探頭測試或使用隔離變壓給示波器供電,或者采用浮地測量(無地線電源線連接示波器),避免地線雜訊干擾到真實(shí)數(shù)據(jù)(無源探頭的負(fù)端地與示波器的電源PE是相通的)。具體對(duì)比可參考下圖:


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4、EMC測試勿使用無源探頭,需全部使用差分測量,以免示波器接地時(shí)測試產(chǎn)品PE浪涌引入浪涌信號(hào)到示波器導(dǎo)致示波器損壞或被測產(chǎn)品輸出掉電(測試結(jié)果異常),浪涌測試儀供電線與示波器電源均接市電。


三、小結(jié)


金升陽在電源領(lǐng)域深耕二十余年,工程師秉承著嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度,嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化的測試守則,提供準(zhǔn)確、真實(shí)的產(chǎn)品性能數(shù)據(jù),簡化客戶的產(chǎn)品開發(fā)和測試周期,綜合提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性,致力為各行業(yè)提供“無憂”電源。



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