SDS2000X功率分析系列文章之瞬态分析
前言
前期我们介绍了SDS2000X功率分析中属于稳态分析的电源质量和谐波测试。现在我们继续介绍功率分析中的瞬态分析。通过SDS3000X测试损耗、转换速度以及调制分析来展示电源分析的瞬态分析功能。
测试前准备
测试工具
1、SDS3000X(已开通功率分析选件)；
2、半桥式开关电源模块，可输出24V直接电压；
3、高压差分探头DPB5150A，最高可测差分电压1500V；
5、一个20W、50欧负载。
通道时滞校准
要进行准确的功率损耗测量，必须通过时滞校准装置执行电流和电压通道时滞校准，由于上期已经展示过时滞校准，在此不再复述。
测试内容
损耗测试
损耗测试包括MOSFET的开关损耗，导通损耗，关闭状态损耗以及计算开关周期内耗散的功率。由于本次测试的是半桥式整流电源模块，因此只测试典型的开通和关断损耗以及导通损耗。
典型的功率损耗包括：
1、在dv和di开关期间发生的开通和关断损耗；
2、发生在开关设备（MOSFET）的导通损耗。
示波器设置与探头连接：
1、进入SDS3000X用户界面，在“分析”菜单下，选定“功率分析”；
2、在功率分析主界面下选择“器件”分析；
3、分别设置CH1为电压通道，CH2为电流通道；
4、设置电压衰减倍数为50X和电流衰减倍数为2X；
5、选中“开关损耗”以及导通损耗并开启统计功能；
6、下图为菜单设置界面：
图1 器件功率损耗分析界面
7、将探头连接到被测设备以及示波器。
a、在电压探头上选择50X的衰减倍数；
b、将电压探头D+ 连接到MOSFET的漏极（D极）；
c、将电压探头D- 连接到MOSFET的源极（S极）；
d、将电流探头连接到MOSFET的漏极，箭头方向指向电流流动方向；
e、将电压和电流探头分别连接到示波器CH1和CH2通道；
f、下图为实物连接图：
图2 实物连接图
图3 开关损耗结果
从上图中，我们清楚看到开关损耗和导通损耗的功率及统计情况，同时示波器对各功能参数，使用不同颜色进行标注，非常清晰。其中MOSFET管“开通” 平均功率损耗为401.6mW，“关断”平均功率损耗为691.6mW，导通平均损耗为707.4mW，同时开关频率为98.8395KHz。
转换速度测试
转换速度分析可测量开关期间电压或电流的变化速度，是MOSFET的一项重要参数，我们可以使用SDS3000X示波器测试其转换速度。在功率分析主界面选择dv/dt&di/dt，即可测试转换速度。如下图4的界面:
图4 转换速度界面
图5 电压及电流转换速度
从上图中我们可以清楚电压及电流的转换速度及统计情况。其中电压平均转换速度为8.92231GV/s, 电流平均转换速度为251.8KA/s。
调制测试
调制分析主要用于测量开关设备（MOSFET）的控制脉冲信号，并得到脉冲信号响应不同事件的脉冲宽度、占空比、周期及频率。调制通常测试的是MOSFET管的栅极（G极）和源极（S极）的脉冲响应；把差分探头连接到栅极和源极后同时转换示波器功能到“环路控制”并选择闭环，如图6：
图6 环路控制界面
图7 调制参数测量
从上图，我们看到MOSFET管的平均频率为98.925KHz，平均周期为10.14285us，平均脉宽为4.63335us及平均占空比为45.68%。从前面的UI界面中，我们可以看到SDS3000X在测量器件方面，还可以测量器件安全区、磁性器件、导通电阻等。
总结
以上测试结果很好地展示了开关电源的MOSFET特性。这些瞬态特性得益于示波器的高带宽，高采样率。这是电源负载所不具备的，同时也是示波器的优势所在。通过这两期的电源分析应用，我们可以发现SDS2000X/SDS3000X具有完备的功率分析功能，可以满足不同场合下的测试需求。
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