示波器在电源测量中的应用

　　准备电源测量

　　对习惯使用示波器进行高带宽测量的工程师来说，电源测量频率相对较低，似乎非常简单。事实上，电源测量也有很多高速电路设计人员从未见过的一系列挑战。经过开关设备的电压可能会非常大，而且是“浮动的”，即没有参考接地。信号的脉宽、周期、频率和占空比会变化，必须如实地捕获波形，分析其不理想特点。对示波器的要求非常苛刻。当然，示波器必须有基本带宽和采样率，处理SMPS内部的开关频率。电源测量要求至少两条通道，一条用于电压测量，一条用于电流测量。提高电源测量简便程度和可靠性的工具也同样非常重要。下面是部分考虑因素：

　　是否提供安全精确的电压和电流探测解决方案?

　　是否有一种快速方式，调节探头的不同延迟?

　　是否有使探头偏置达到最小的有效流程?

　　仪器能否配备充足的记录长度，以高分辨率捕获很长的工频波形?

　　这些特点为有效执行电源设计测量奠定了基础。

　　安全准确地探测电压波形和电流波形

　　在使用数字示波器进行电源测量时，必需测量设备中的电压及电流。这一任务要求使用两只不同的探头：一只电压探头(通常是高压差分探头)，一只电流探头。图1显示了开关式电源 (SMPS)中的典型测量方案。在范围在几kHz到几MHz 的时钟驱动下，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)控制着电流。

　　测量经过MOSFET的电流相对简单，可以使用许多不同的霍尔效应电流探头完成，如TCP0030。而测量电压则会面临更多的问题。MOSFET没有连接到交流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。

　　进行差分测量是测量MOSFET 电压的最佳方式。在差分测量中，可以测量漏极到源极电压(VDS) ，即MOSFET漏极和源极端子中的电压。VDS 可以位于几十伏到几百伏电压的顶部，具体视电源的范围而定。可以通过多种方法测量VDS：

　　浮动示波器的机箱接地。绝对不要采用这种方式，因为这种非常不安全，会给用户、被测设备和示波器带来危险。

　　使用传统无源单端探头，把地线相互连接起来，使用示波器的通道匹配功能。这种测量方式称为准差分测量。但是，无源探头与示波器的放大器结合使用时，不能提供充分阻塞任何共模电压的共模抑制比(CMRR)。尽管用户可能很想使用这种方法，因为可以使用已有的探头，但它并不能准确地测量电压。

　　使用商用探头隔离器，隔离示波器的机箱接地。探头的地线不再位于接地电位，可以把探头直接连接到测试点上。探头隔离器是一种有效的解决方案，但它成本高，通常是差分探头的2-5倍。