示波器在电源测试环节的典型应用

随着电子技术的不断创新，开关电源设计趋于高频、高可靠、高效率、低噪声等方向发展，因此，电源的测试分析越来越重要，本文针对电源工程师常碰到的六个测试小问题，给出一些推荐的解决方案，供您参考。

问题一:参数较多，需要分多组才能全部测量？

测试电源主要是针对MOSFET做测试，具体的测量项目多种多样。常规VGS、VDS的幅度测量包含幅度、高、低、最大值、最小值、RMS、峰峰值、正/ 负过冲、平均值、周期平均值、周期RMS测量，时间测量也有周期、频率、上升/ 下降时间、正/ 负占空比、正/ 负脉宽、突发宽度、延迟、相位等多种参数、有时还需同时监控开关损耗、漏电流等测试项…… 如果只能同时测量4-8个参数则局限太强，此时的参数应该越多越好，这也是我们起初设计示波器时考虑让24项参数可以同屏显示的初衷。

图1 VGS、VDS测量参数

问题二:在MOSFET调试中，如何捕获偶发的毛刺信号？

MOSFET的测试开关瞬间偶尔会碰到毛刺信号，无论是小概率的猝发还是边沿的抖动，都可能对电路造成误动作，下面介绍两种捕获小概率异常的方法。

1. 无限余辉+模板触发

如果事先无法判断周期性信号内偶发异常的概率和特征，可以先用示波器的余辉功能查看毛刺轨迹，然后利用模板触发将异常信号隔离出来。

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图2 余辉+模板触发捕获异常信号

2. 测量统计+异常搜索

对于占空比随机MOS驱动信号，小概率的边沿抖动让人非常头疼。此时可以基于信号特征，在大数据内搜索上升/下降时间异常的信号，如下图，基于当前屏较长时间的波形做测量统计，从测量结果上升沿时间可知---当前值20ns，最大值130ns，通过搜索标注功能，将上升沿130ns的异常波形搜索出来（MOSFET开关转换时，上升/下降沿会出现偶发性抖动）。

图3 测量统计+搜索标注捕获上升沿异常波形 注意：这里的难点并不在于功能的有无，而在于示波器存储深度的大小。如果存储深度不够，针对这么长时间的波形捕获早已完全失真，异常搜索也无从谈起。 问题三：如何快速分析MOSFET导通关断时的波形细节？

MOSFET的工作原理如图4，栅源之间加正电压VGS及在漏源之间加正电压VDS，则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。

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广州致远电子有限公司 电子测量仪器-示波器 若先不接VGS（即VGS=0），在栅与源极之间加一正电压VDS，漏极D与衬底之间的PN结处于反向，因此漏源之间不能导电。所以栅源电压VGS决定其工作状态。

图4 MOSFET开关器件

示波器通道1、通道3分别测试MOS管VGS、VDS的导通关断波形，如图5：

使用双ZOOM功能，将VGS的导通区、关断区的波形分别在ZOOM1和ZOOM2缩放，可以同时观察导通、关断区的波形细节，察看其振荡情况，幅值、边沿等，便于分析问题。另外，结合电流探头，可通过面积积分分析MOSFET 的启动时间(Ton)和关闭(Toff)时间有关的功率损耗。

图5 VDS导通关断波形分别在ZOOM1、ZOOM2显示 问题四：如何使用示波器快速测量开关电源纹波？

传统的测试方法一般是这样的：选择输入通道——【通道耦合】设置为“AC”——带宽20M开启——探头比例设为X1档——调节垂直档位到合适值——调节时基——点击【measure】——选择峰峰值、有效值测量项，整体测试步骤繁琐。

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现在只要经过简单的设置，测试方法就变成这样的：【AutoSetup】——得到答案。 实例测试如下：

1、 使用ZDS4054 Plus示波器，测量Demo板的3.3V电源纹波，如下图6所示，注意使用

弹簧地接地，并使用X1档位。

图6 接线图

2、选择输入通道（这里为通道【1】），将【通道耦合】选择“AC”。

3、点击【Utility】进入系统设置界面，点击【系统】后点击【自动捕获】，此时可选择通道耦合为“Keep”。

4、点击【Auto Setup】，一键捕获电源纹波，如图7所示。

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图7 自动捕获方式

5、后续的电源纹测试捕获只需按【Auto Setup】即可实现。 问题五：如何测试开关电源开关损耗功率、瞬时功率、功率因数等参数？

波形自定义运算：ZDS4000系列示波器除支持简单的加减乘除积分微分运算外，还支持自定义波形表达式运算，如图8，1通道是电源的输入电压波形，2通道是电流波形，只需表达式Intg(CH1*CH2)就可以直接得到能量曲线。另外，如电压、电流的相位角、功率因数、瞬时功率都可以通过表达式运算。

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广州致远电子有限公司 电子测量仪器-示波器 图8 波形自定义运算

问题六：如何定位分析开关电源调试环节的高频干扰或噪声？

FIR硬件实时滤波：FIR滤波是低通滤器，支持每通道频率范围50HZ~200MHZ任意可调，特别适用于过滤掉无用信号，观察特定带宽的场合，如可通过示波器4Mpts的FFT准确分析电源的干扰噪声，用FIR硬件滤波器将干扰过滤，察看隔离干扰后波形效果，非常适用于电源开发环节对纹波、PWM高频信号的调试。

总结

ZDS4000系列示波器基于512Mpts存储深度，支持24种测量参数同屏显示，结合模板触发、异常搜索、标注及双ZOOM等分析插件能够快速定位到我们感兴趣的波形，极大的提高了电源测量分析的便捷性和高效性。

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