如何用是德示波器測量電源的開關(guān)損耗

在現(xiàn)代開關(guān)電源設(shè)計中，效率優(yōu)化至關(guān)重要，而開關(guān)器件（如MOSFET、IGBT）的開關(guān)損耗是影響整體效率的關(guān)鍵因素。準(zhǔn)確測量開通損耗（Eon）、關(guān)斷損耗（Eoff）和導(dǎo)通損耗（Econd），有助于工程師評估器件性能并優(yōu)化電路設(shè)計。雖然文中示例多基于泰克示波器，但其測量原理同樣適用于是德（Keysight）示波器，結(jié)合其高級數(shù)學(xué)運(yùn)算與功率分析功能，可實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的開關(guān)損耗測試。

一、測量原理與方法

開關(guān)損耗測量核心在于對電壓與電流乘積的積分。根據(jù)IEC60747-8/9標(biāo)準(zhǔn)，開通損耗定義為電流上升至10%與電壓下降至10%之間的時間段內(nèi)，Vds與Ids乘積的積分；關(guān)斷損耗則為電壓上升至10%與電流下降至10%之間的能量積分。是德示波器支持光標(biāo)選通與數(shù)學(xué)積分功能，可手動設(shè)置時間區(qū)間，實(shí)現(xiàn)精確能量計算。

具體步驟如下：

1. 采集波形：使用高壓差分探頭測量MOSFET的Vds，使用電流探頭測量Ids，確保兩通道信號同步。

2. 時間延遲校準(zhǔn)：由于探頭傳播延遲不同，必須進(jìn)行通道間延遲校準(zhǔn)，否則會導(dǎo)致功率計算嚴(yán)重失真。

3. 設(shè)置光標(biāo)與積分區(qū)間：利用示波器的光標(biāo)功能，定位Ids上升10%與Vds下降10%的時刻，設(shè)置積分區(qū)間。

4. 數(shù)學(xué)運(yùn)算：通過公式“∫(Vds × Ids) dt”計算該區(qū)間內(nèi)的能量損耗，示波器可自動顯示積分結(jié)果（單位：nJ或μJ）。

5. 重復(fù)測量：同理測量關(guān)斷過程損耗，并結(jié)合導(dǎo)通電阻Rds(on)與平均電流計算導(dǎo)通損耗，最終累加得出總開關(guān)損耗。

二、提升測量效率與精度

為減少人為誤差，是德示波器提供功率分析選件（如InfiniiVision系列的功率測量套件），支持自動識別開關(guān)周期、自動設(shè)置門限（10%/90%）、一鍵完成多參數(shù)測量，并生成損耗趨勢圖，極大提升測試效率。

此外，需注意以下關(guān)鍵點(diǎn)：

● 帶寬匹配：確保電壓、電流探頭帶寬高于開關(guān)信號最高頻率，避免波形失真。

● 觸發(fā)精度：使用高精度數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)，準(zhǔn)確捕獲開關(guān)邊沿，避免誤觸發(fā)。

● 共模干擾抑制：對于橋式電路中的高側(cè)開關(guān)，建議使用光隔離探頭，避免地環(huán)路干擾。

● 環(huán)境干擾控制：做好屏蔽與接地，避免外部噪聲影響小信號測量。

三、總結(jié)

使用是德示波器測量開關(guān)損耗，既可采用手動積分方式實(shí)現(xiàn)靈活分析，也可借助自動化功率分析軟件提升效率。關(guān)鍵在于正確接線、精準(zhǔn)校準(zhǔn)、合理設(shè)置測量區(qū)間，并結(jié)合器件特性選擇合適的計算模型。通過科學(xué)的測量方法，工程師能夠精準(zhǔn)評估電源損耗分布，為高效電源設(shè)計提供有力支撐。