用示波器进行开关电源测量时，浮地测量8个实用的小技巧

时间： 2024-06-16 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁。

原因：大多数示波器的-信号公共线终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。

结果：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。该公用连接点通常是示波器机壳，通过使交流电源设备电源线中的第三根导线源线地线，并将探头地线连到一个测试点上。

单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。这种情况下，我们需要浮地测量。

什么是浮地测量?

所谓浮地测量，即测量的两个点都不处于接地电位，这是一种典型的差分测量。

差分探头问题：

很多初级工程师在用多个探头进行电源测量时，刚开机电源产品就“炸机”，甚至示波器也发生损坏。

电源测试中大多数电压测试是浮地测量，需要用差分探头测试。

这是因为示波器探头之间是共地的，在同时测量电源原边和副边的时候，如果用一根探头接原边的地，另一根探头接副边的地，相当于把电源的原边和副边的地短路在一起，这样短路后的大电流就会烧坏电源产品和探头，甚至是损坏示波器。所以，在测试原边和副边的电压时应该一侧选用差分探头，一侧选用无源或有源单端探头。

您知道示波器探头的使用如何影响测量精度吗？阅读 8 个示波器实用技巧，帮助您选择正确的示波器探头，以实现更好的示波器探测。

差分探头问题：为什么上管Vgs的测试结果误差非常的大？

常见的高压差分探头共模耐压与衰减比有关，影响测试结果。

市面上高压差分探头存在的问题是共模耐压会随着衰减比的变化而变化。

这就给上管 Vgs的测试带来很大的问题，比如某型号差分探头在100:1的衰减比下差模耐压和共模耐压都是700V，非常适合AC转DC相关拓扑的500V-600V耐压功率器件Vds电压测试。

但是，当我们需要测试Vgs电压的波形时，为了得到更高的测试精度，更小的垂直刻度，需要把衰减比调整到10:1。但在10:1衰减比下，该探头的共模耐压会降低到70V，因此不能用于上管Vgs的测试，如果需要测试上管Vgs电压波形，就只能用100:1，这样会使Vgs的测试结果误差非常的大。

什么是共模抑制比(CMRR)?

共模抑制比CMRR 定义是差分增益和共模增益的功率比。它意味着在差动探头的输出中会出现多少共模信号。

60Hz 时 80 dB CMRR 是什么意思?
这也就是10000:1的Vout/Vin振幅比，这意味着两个引线共同的1000V, 60hz正弦波共模噪声将减少到100 mV (=1000V * 1/10,000)转移到示波器。

差分探头问题：高温测试需要宽温度范围的探头嗎？

大多商用高压差分探头带宽不到 300 MHz，不能满足测试需求。

随着电源工作频率的不断提高，工程师已经开始采用高频功率开关和整流器技术。从传统平面或沟槽MOSFET开关的上升/下降时间为30ns到60ns发展到超结MOSFET、GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率开关的开关时间不到5ns。为观察如此快速的信号变化，通常需要足够带宽的测量系统。

根据前面对测量系统带宽的介绍，我们知道带宽要足够不仅是示波器的带宽要足够，探头的带宽也要足够。多年来示波器发展迅速，当前实时示波器最大带宽已达到110GHz带宽，而示波器探头一直是测量系统的瓶颈。

所以，一般示波器带宽不会选错，基本上来说如果是AC转DC的硅基MOSFET管，100MHz的带宽就够了。如果是IGBT，需要50 MHz到100 MHz带宽。对于低压的MOSFET管（DC转DC）则需要 200 MHz带宽。如果是SiC材料的测试，带宽一般要 200MHz 左右，GaN材料则需要400 MHz的带宽。

我们前面提到的带宽的需求，比如 GaN 需要400MHz带宽，不是仅仅指示波器的带宽，而是说整个测量系统的带宽，包括示波器、探头、以及延长线。从被测设备到示波器之间的任何一个环节都会影响测试系统的带宽。所以说，如果我们测试系统需要400MHz的带宽，那么我们的探头也至少是 400 MHz 的带宽。遗憾的是，大多数商用的电压差分探头无法在这么高的频率下工作。

示波器用户经常需要进行浮地测量。在这种测量中，任何测量点都不会接地。使用N2791A 高电压差分探头，示波器可以进行安全和精确的浮地测量。

差分信号范围是多少?

针对差分信号

差分输入信号范围 -- “差分输入范围”, “动态范围”, 或 “输入之间”

共模输入范围 -- “共模输入电压范围”, “输入对地电压”

针对单端探头

输入信号范围或者动态范围

偏置范围

针对任何信号

最大非损坏输入 (“最大非损坏输入范围”, “最大输入电压”, 等)

±1,400 Vdc + peak ac 是什么意思?
如果在直流上叠加交流电压峰值，无论如何必须小于±1400V。
比如, 1,400 Vdc, 或者 700 Vdc + 700 Vac, 或者没有直流分量的1400 Vac 都是可以的。

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型号- N2830A,8104A,P6241,N2830A-32A,P6243,E2614A,P6245,P6246,P6247,P6248,P6249,N5439A,N2744A T2A,N1022B,N4839A,N2878A,N27891A,E2695A,P6701B,P6250,P6251,54853B,E2615A,54853A,5063-2115,N2768A,N2877A,N2744A,90000X,DSO90254,90000Q,E2616A,L,S,V,DSO9254A,90000A,N2779A,N4829A,N2888A,N2876A,Z,DSO9404A,5063-2120,E2697A,DSO90000,N2851A,N5450B,N7300A,N2819A,N280XA,P6711,P5210A,P6713,5063-2137,P6703B,、N2821A,N2778A,N2887A,N2766A,5063-2135,N2875A,54846B,MV-23,N4863A,N2874A,N5451A,、N2820A,N7020A,54006A,P6205,N2818A,MSO9404A,N2789A,N2777A,0960-2907,0960-2908,N4864A,10070D,N4840A,90000-X,N2885A,N2752A,N2873A,N5440A,54845B,N2829A,N2817A,1130A-34A,N2776A,N2805A,N27181B,N4853A,N2800A-03A,DSO90604A,N4841A,N2884A,N2751A,N2872A,N5477A,N5441A,N7010A,N2828A,DSA90604A,N2787A,90000-Q,N27182B,N2816A,N2804A,N4842A,N2870A-76A,N4854A,N2786A,N2883A,N2750A,N2871A,N5442A,E2613A,86100D,N283L,DSO80000,N2848,N2827A,N2803A,N27183B,N2870A,N4831A,N4843A,N2797A,N2785A,N2882A,N5443A,N7000A,10073D,E2678A,DSA90404A,、N2876A,10467-68701,N2838A,DSA90254A,N2826A,N2802A,N2881A,E2643A,E2655C,N2796A,N2784A,N2893A,1134A,1146B,N5444A,N2783,E2679A,P5205,1147B,1147A,N2801A,N2849A,N 2 8 8 0 A,N4844A,N2825A,N2783B,E2644A,N2771B,5483XD,N2880A,N5380B,5483XB,N2795A,P5205A,1131A,N2783L,P5210,9000,E2668A,N5445A,N7002A,1168A,N2812A,N2800A,DSO90404,N2848A,N2836A,N4845A,N2824A,90008A,N5381A,N2782B,N2891A,01160-68701,N2697A,MSO9254A,1132A,E2669A,10072A,DSA80000,N7001A,1169A,DSO9104A,N4846A,N4822A,TCP202,N5446A-006,N5446A-005,N2781B,N5446A-004,N7000A-03A,N5446A-003,N5382A,10077A,1153A,1165A,N5446A-002,N5447A,1141A,N5446A-001,5063-2149,N2822A,5063-2147,5063-2140,5063-2143,N7003A,N7100A,E2675A,N2780B,1142A,1154A,1130A,MSO9104A,N2821A,N4836A,N7200A,E2676A,N2791A,N700XA,10075A,N5425A,N5449A,N2832A,N4837A,N2820A,E2677A,N2790A,10076B,10076C,N5426A,9064A,N2831A,N4838A,DSA90000,N2879A

May 15, 2015 - KEYSIGHT - 选型指南