数字示波器是示波器许多类型中的一种，运用便利、牢靠性好、耐用性强、运用寿命长等多种的长处，被广泛的应用于多个职业傍边。数字示波器的功用是许多的，还能够测验开关电源。那么数字示波器测验开关电源的办法是什么呢?下面小编就来为我们具体介绍一下吧。
从传统的模仿型电源到高效的开关电源，电源的品种和巨细千差万别。它们都要面临杂乱、动态的作业环境。设备负载和需求或许在瞬间发生很大改变。即便是“日用的”开关电源，也要能够承受远远超越其均匀作业电平的瞬间峰值。规划电源或体系中要运用电源的工程师需求了解在静态条件以及最差条件下电源的作业情况。
曩昔，要描绘电源的行为特征，就意味着要运用数字万用表丈量静态电流和电压，并用核算器或PC进行艰苦的核算。今日，大多数工程师转而将示波器作为他们的首选电源丈量渠道。现代示波器能够装备集成的电源丈量和剖析软件，简化了设置，并使得动态丈量更为简略。用户能够定制要害参数、主动核算，并能在数秒钟内看到成果，而不只是原始数据。
电源规划问题及其丈量需求
抱负情况下，每部电源都应该像为它规划的数学模型那样地作业。但在实践国际中，元器材是有缺点的，负载会改变，供电电源或许失真，环境改变会改变功用。而且，不断改变的功用和本钱要求也使电源规划愈加杂乱。考虑这些问题：
电源在额外功率之外能坚持多少瓦的功率?能继续多长期?电源发出多少热量?过热时会怎样?它需求多少冷却气流?负载电流大幅添加时会怎样?设备能坚持额外输出电压吗?电源怎么应对输出端的彻底短路?电源的输入电压改变时会怎样?
规划人员需求研发占用空间更少、下降热量、减缩制作本钱、满意更严厉的EMI/EMC规范的电源。只要一套严厉的丈量体系才能让工程师到达这些方针。
示波器和电源丈量
对那些习惯于用示波器进行高带宽丈量的人来说，电源丈量或许很简略，由于其频率相对较低。实践上，电源丈量中也有许多高速电路规划师从来不用面临的应战。
整个开关设备的电压或许很高，而且是“起浮的”，也就是说，不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会改变。有必要照实捕获并剖析波形，发现波形的反常。这对示波器的要求是严苛的。多种探头——一起需求单端探头、差分探头以及电流探头。仪器有必要有较大的存储器，以供给长期低频收集成果的记载空间。而且或许要求在一次收会集捕获起伏相差很大的不同信号。
开关电源根底
大多数现代体系中干流的直流电源体系结构是开关电源(SMPS)，它由于能够有用地应对改变负载而众所周知。典型SMPS的电能信号途径包括无源器材、有源器材和磁性元件。SMPS尽或许少地运用损耗性元器材(如电阻和线性晶体管)，而首要运用(抱负情况下)无损耗的元器材：开关晶体管、电容和磁性元件。
SMPS设备还有一个操控部分，其间包括脉宽调制调理器脉频调制调理器以及反应环路1等组成部分。操控部分或许有自己的电源。图1是简化的SMPS示意图，图中显现了电能转化部分，包括有源器材、无源器材以及磁性元件。
SMPS技能运用了金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)与绝缘栅双极晶体管(IGBT)等功率半导体开关器材。这些器材开关时刻短，能承受不稳定的电压尖峰。相同重要的是，它们不管在注册仍是断开状况，耗费的能量都很少，效率高而发热低。开关器材在很大程度上决议了SMPS的整体功用。对开关器材的首要丈量包括：开关损耗、均匀功率损耗、安全作业区及其他。
预备进行电源丈量
预备进行开关电源的丈量时，一定要挑选适宜的东西，而且设置这些东西，使它们能够精确、可重复地作业。当然示波器有必要具有根本的带宽和采样速率，以习惯SMPS的开关频率。电源丈量最少需求两个通道，一个用于电压，一个用于电流。有些设备相同重要，它们能够使电源丈量更简略、更牢靠。下面是一部分要考虑的事项：
仪器能在同一次收会集处理开关器材的注册和断开电压吗?这些信号的份额或许到达100,000:1。
有牢靠、精确的电压探头和电流探头吗?有能够校对它们的不同推迟的有用办法吗?
有没有有用的办法来将探头的静态噪声降至最低?
仪器能够装备满足的记载长度，以很高的采样速率捕获较长的完好工频波形吗?
这些特征是进行有意义且有用的电源规划丈量的根底。
丈量一次收会集的100伏和100毫伏电压
要丈量开关器材的开关损耗和均匀功率损耗，示波器首要有必要别离确认在断开和注册时开关器材上的电压。
在AC/DC变流器中，开关器材上的电压动态规模非常大。注册状况下开关器材上经过的电压取决于开关器材的类型。在图2所示的MOSFET管中，注册电压为导通电阻和电流的乘积。在双极结型晶体管(BJT)和IGBT器材中，该电压首要取决于饱满导通压(VCEsat)。断开状况的电压取决于作业输入电压和开关变换器的拓扑。为核算设备规划的典型直流电源运用80Vrms到264Vrms之间的通用市电电压。
在最高输入电压下开关器材上的断开状况电压(TP1和TP2之间)或许高达750V。在注册状况，相同端子间的电压或许在几毫伏到大约1伏之间。图3显现了开关器材的典型信号特性。
为了精确地进行开关器材电源丈量，有必要先丈量断开和注册电压。但是，典型的8位数字示波器的动态规模不足以在同一个收集周期中既精确收集注册期间的毫伏级信号，又精确收集断开期间呈现的高电压。要捕获该信号，示波器的笔直规模应设为每分度100伏。在此设置下，示波器能够承受高达1000V的电压，这样就能够收集700V的信号而不会使示波器过载。运用该设置的问题在于最大灵敏度(能解析的最小信号起伏)变成了1000/256，即约为4V。
泰克DPOPWR软件处理了这个问题，用户能够把设备技能数据中的RDSON或VCEsat值输入丈量菜单中。假如被测电压坐落示波器的灵敏度规模内，DPOPWR也能够运用收集的数据进行核算，而不是运用手动输入的值。
消除电压探头和电流探头之间的时刻差错
要运用数字示波器进行电源丈量，就有必要丈量MOSFET开关器材(如图2所示)漏极、源极间的电压和电流，或IGBT集电极、发射极间的电压。该使命需求两个不同的探头：一支高压差分探头和一支电流探头。后者一般对错刺进式霍尔效应型探头。这两种探头各有其共同的传输推迟。这两个推迟的差(称为时刻差错)，会形成起伏丈量以及与时刻有关的丈量不精确。一定要了解探头传输推迟对最大峰值功率和面积丈量的影响。究竟，功率是电压和电流的积。假如两个相乘的变量没有很好地校对，成果就会是过错的。探头没有正确进行“时刻差错校对”时，开关损耗之类丈量的精确性就会影响。
标明晰探头时滞影响的实践示波器屏幕图。它运用泰克P52051.3kV差分探头和TCP0030AC/DC电流探头连接到DUT上。电压和电流信号经过校准夹具供给。图6说明晰电压探头和电流探头之间的时滞，图7显现了在没有校对两个探头时滞时取得的丈量成果(6.059mW)。图8显现了校对探头时滞的影响。两条参阅曲线堆叠在一起，标明现已补偿了推迟。图9中的丈量成果标明晰正确校对时滞的重要性。这一实例标明，时滞引入了6%的丈量差错。精确地校对时滞下降了峰到峰功率损耗丈量差错。
DPOPWR电源丈量软件能够主动校对所选探头组合的时刻差错。该软件操控示波器，并经过实时电流和电压信号调整电压通道和电流通道之间的推迟，以去除电压探头和电流探头之间传输推迟的不同。
还能够运用一种静态校对时刻差错的功用，但条件是特定的电压探头和电流探头有稳定、可重复的传输推迟。静态校对时刻差错的功用依据一张内置的传输时刻表，主动为选定探头(如本文档中评论的Tektronix探头)调整选定电压和电流通道之间的推迟。该技能供给了一种快速而便利的办法，能够将时刻差错降至最小。
消除探头零偏和噪声
差分探头和电流探头或许会有很小的偏置。应在丈量前消除这一偏置，由于它会影响丈量精度。某些探头选用内置的主动办法消除偏置，其它探头则要求手动消除偏置。
主动消除偏置
配有TekVPITM探头接口的探头与示波器相结合，能够消除信号途径中发生的任何DC偏置差错。在TekVPITM探头上按Menu按钮，示波器上呈现ProbeControls框，显现AutoZero功用。挑选AutoZero选项，会主动铲除丈量体系中存在的任何DC偏置差错。TekVPITM电流探头还在探头机身上有一个Degauss/AutoZero按钮。压下AutoZero按钮，会消除丈量体系中存在的任何DC偏置差错。
手动消除偏置
大多数差分电压探头都有内置的直流零偏修整操控，这使消除零偏成为一件相对简略的过程：预备作业完结之后，接下来：
将示波器设置为丈量电压波形的均匀值;
挑选将在实践丈量中运用的灵敏度(笔直)设置;
不加信号，将修整器调为零，并使均匀电平为0V(或尽量挨近0V)。
相似地，在丈量前有必要调理电流探头。在消除零偏之后：
将示波器灵敏度设置为实践丈量中将要运用的值;
封闭没有信号的电流探头;
将直流平衡调为零;
把中心值调理到0A或尽或许挨近0A;
留意，这些探头都是有源设备，即便在静态，也总会有一些低电平噪声。这种噪声或许影响那些一起依靠电压和电流波形数据的丈量。DPOPWR软件包包括一项信号调理功用(图10)，能够将固有探头噪声的影响降至最低。
记载长度在电源丈量中的效果
示波器在一段时刻内捕获事情的才能取决于所用的采样速率，以及存储收集到的信号样本的存储器的深度(记载长度)。存储器填充的速度和采样速率成正比。假如为了供给具体的高分辨率信号而将采样速率设得很高，存储器很快就会充溢。
对许多SMPS电源丈量来说，有必要捕获工频信号的四分之一周期或半个周期(90或180度)，有些乃至需求整个周期。这是为了堆集满足的信号数据，以在核算中抵消工频电压动摇的影响。
辨认真实的Ton与Toff转化
为了精确地确认开关转化中的损耗，首要有必要滤除开关信号中的振动。开关电压信号中的振动很简略被误认为注册或关断转化。这种大起伏振动是SMPS在非继续电流方式(DCM)和继续电流方式(CCM)之间切换时电路中的寄生元件形成的。
简化方式表明出了一个开关信号。这种振动使示波器很难辨认真实的注册或关断转化。一种处理办法是预先界说一个信号源进行边缘辨认、一个参阅电平缓一个迟滞电平，如图12所示。依据信号杂乱度和丈量要求的不同，也能够将测得信号自身作为边缘电平的信号源。或许，也能够指定某些其它的整齐的信号。
在某些开关电源规划(如有源功率因数校对变流器)中，振动或许要严峻得多。DCM方式大大增强了振动，由于开关电容开端和滤波电感发生共振。只是设置参阅电平缓磁滞电平或许不足以辨认真实的转化。
这种情况下，开关器材的栅极驱动信号能够确认真实的注册和关断转化，如图13所示。这样就只需求恰当设置栅极驱动信号的参阅电平缓磁滞电平。
