示波器耦合方法对电源负载动态康复特性测验成果的影响

一、问题的提出

开关电源测验中一般都要丈量负载动态康复特性,其意图是测验输出负载改变情况下，电源输出电压安稳在整定值的才能。最重视的测验目标是过冲起伏和康复时刻。图一所示为过冲起伏和康复时刻的界说及测验办法接线图。康复时刻是指直流输出电压跟着负载的改变开端呈现过冲开端，康复至小于等于并不再超越负载调整率处止的这段时刻。（没有输出负载调整率要求的以输出电压规模界定）

图一过冲起伏和康复时刻的界说及丈量办法接线图

过冲起伏是指负载改变带来的过冲的最大值和电压稳态值的电压差。测验要求在全规模输入电压条件下，别离测验输出负载依照额定值的25%－50%－25%，以及依照额定负载的50%-75%-50%跳变时，调查示波器上检测到的过冲起伏和康复时刻，按图一界说记录过冲起伏及康复时刻。输出电流改变速度要求不小于必定的值（依据不同电源要求的规格书或司标要求而定），跳变时刻距离要大于彻底安稳所需时刻（安稳时刻长标明环路会比较慢，需求留意调查其他相关项目是否合格），示波器上波形主张有2到3个周期为好（包含正、负）。

问题：在进行上述测验时，示波器通道耦合办法应该挑选为沟通耦合仍是直流耦合？许多公司都按沟通耦合的办法测验。我之前也没有置疑过这种办法，直到有一天有客户发现用D公司的示波器测验成果和力科的测验成果不同很大。如图二所示，两个示波器都是用AC耦合，力科示波器丈量出来的康复时刻大约为27ms，D示波器测验出来的大约为198ms。假如按力科的测验成果就合格，按D的测验成果就不合格。

为什么会有上述不同？哪个成果是正确的?（有些工程师看到地点公司大都是用力科示波器，于是就以为力科的成果是正确的;有些工程师看到地点公司用大都是用D公司的示波器，于是就以为D公司的成果是正确的。遇到这种先入为主的判别是在出售示波器的过程中令人感到痛苦乃至有点悲伤的时刻。）

图二力科示波器丈量的康复特性

图三D公司示波器丈量的康复特性

二、示波器的AC耦合

示波器的AC耦合办法一般了解为在示波器的输入通道添加了一个隔直电容，示波器的前端放大器的特性在AC耦合时表现为带通滤波器。不接探头时，力科示波器和D公司的示波器在AC耦合时的低频段的截止频率是很挨近的，都小于10Hz（典型值8Hz）。但D示波器在衔接探头之后的截止频率会下降10倍，大约0.7Hz，这在频域上了解便是不能彻底间隔直流信号，所以在时域上表现为充电时刻更长，测验出来的康复时刻会大许多。力科示波器的截止频率不受探头的影响，截止频率仍然是8Hz左右。这说明用D示波器的AC耦合办法测验出来的康复时刻的成果是彻底过错的。图四和图五别离画出了两种不同示波器在有无探头时的幅频特性。

图四D示波器在衔接探头和不接探头时的幅频特性，衔接探头之后截止频率下降10倍

图五力科示波器在衔接探头和不接探头时的幅频特性是相同的

咱们能够经过试验来验证上面的幅频特性。将0.1Hz的方波信号经过BNC线直接输入到D公司的示波器的通道1，一同经过无源探头输入到示波器的通道2。两个通道都设置为AC耦合。图六显现了两个通道测验出来的成果比照。通道1的康复时刻为30ms，通道2由于经过探头衔接，康复时刻十分长。为什么？仍是那个原因，在衔接探头之后，截止频率下降为0.7Hz，截止频下降在时域上了解便是时刻常数更大，充电时刻更长，需求挨近200ms。这便是为什么前面客户用D公司的示波器来测验出来的康复时刻是那么地长。

图六通道1为探头衔接，通道2为BNC线衔接

图七通道1为探头衔接，通道2为BNC线衔接

将相同的信号按相同的办法别离输入到力科的示波器的通道1和通道2，显现两个通道的丈量成果是共同的。这说明力科示波器在AC耦合办法下，截止频率不会因是否衔接探头而改变。为什么D公司的示波器的截止频率会在AC耦合时下降10倍呢？明显，在D示波器中，AC耦合电容是直接衔接到通道输入端的，并且AC耦合电路没有任何buffer规划，截止频率当然就会遭到外部输入的影响,如图八所示。不接探头时，1M欧姆的输入电阻和AC电容（大约0.02uF）串联，时刻常数为R * C，截止频率为1/(2 * PI * R * C )=1/（2*3.14*1*10^6(1MOhm)*0.02* 10^-6），约等于8Hz。当接上X10无源探头之后，探头的9M欧的电阻和输入端1M欧电阻串行在了一同，时刻常数添加10倍，截止频率下降10倍。

图八示波器的输入电路原理框图

在力科示波器规划中，咱们有两种办法确保截止频率不遭到外部衔接探头号输入源的影响，一种办法是将AC耦合电路放在了放大器的后边，别的一种办法是经过缓冲器将探头的电阻和AC耦合电容阻隔出来，确保时刻常数（截止频率）根本不变。力科的某款示波器的AC耦合电路规划如图九所示，经过耦合电容左面的400K欧电阻与探头的9M欧电阻及输入端800K欧电阻并联，然后再和耦合电容及400K欧的电阻串联，时刻常数中的R由1M欧改变为784K欧，因而，截止频率根本不变。

图九带有Buffer的AC耦合电路规划

三、正确的丈量办法

已然力科的AC耦合不受探头的影响，那么是否能够说负载动态特性的丈量的正确办法是：榜首，假如要运用无源探头丈量康复时刻，就必定要用力科示波器并将耦合办法设置为AC耦合。第二，假如无可奈何，必定要用D公司的示波器就必须用BNC线来丈量并必定要将耦合办法设置为AC耦合？

用AC耦合办法就必定是正确的吗？让咱们跳出力科示波器和D公司示波器的思想圈子，以纯学术性思想来考虑电源负载动态康复特性丈量这一问题的自身。假如咱们仔细调查图三中D示波器丈量的波形，咱们会发现开端部分（蓝色符号的部分）下降得很快，我想这部分或许表明了真实的电路康复特性。在力科的丈量波形看不到下降特别快的独自部分，但D示波器有很长的时刻常数，所以可看出不同的表现形式。事实上，关于电源动态负载康复时刻丈量，咱们期望丈量到的应是图九所示的红圈标识部分的时刻。将此波形分解为两部分，一部分是在稳态电压，别的一

图十一DC耦合与AC耦合对丈量的影响

图十二DC耦合和AC耦合丈量成果差异

那么该怎样丈量输出电压比较大的电源动态负载康复时刻呢？力科的DA1855A差分放大器供给了很好的处理上述问题的办法。DA1855A具有很大的偏置规模、十分优异的过载康复才能及最好的共模抑制比。在DC耦合下也不必忧虑偏置电压规模。关于小电压的康复时刻丈量，就直接用一般无源探头，设置为DC耦合办法就能够了。