MSO/DPO 系列示波器電源測量和分析應(yīng)用指南

應(yīng)用指南
使用 MSO/DPO 系列示波器
進(jìn)行電源測量和分析
引言
從兒童玩具到計(jì)算機(jī)和辦公設(shè)備、再到工業(yè)設(shè)備，許多不同的電子設(shè)備都會(huì)使用電源，電源
用來把電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，以使設(shè)備正確運(yùn)行。常見的電源實(shí)例包括：把AC
電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC電壓的AC到DC轉(zhuǎn)換器；把電池電源轉(zhuǎn)換成要求的電壓電平的DC到
DC轉(zhuǎn)換器。使用MSO/DPO系列示波器進(jìn)行電源測量和分析
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輸入濾波器 開關(guān)設(shè)備 整流器和濾波器
線路電壓 輸出電壓
電源質(zhì)量 開關(guān)損耗 紋波
諧波分析 安全工作區(qū)
總諧波失真 di/dt, dv/dt
控制電路
反饋
調(diào)制分析
圖1. 使用DPOxPWR電源分析軟件檢定SMPS元件。
電源分成許多不同的類型和規(guī)格，包括傳統(tǒng)線性電源到 從歷史上看，檢定電源行為意味著使用數(shù)字萬用表進(jìn)行
為復(fù)雜動(dòng)態(tài)工作環(huán)境設(shè)計(jì)的高效開關(guān)式電源(SMPS)。設(shè) 靜態(tài)電流和電壓測量，然后在計(jì)算器或計(jì)算機(jī)上進(jìn)行麻
備負(fù)載和需求在不同時(shí)間之間可能會(huì)大幅度變化。即使 煩的計(jì)算。今天，大多數(shù)工程師正轉(zhuǎn)向示波器，作為首
是商用開關(guān)電源也必須能夠承受突然出現(xiàn)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平 選的電源測量平臺。
均工作電流的峰值電流。從靜止條件到最壞情況條件，
本應(yīng)用指南將介紹使用泰克MSO/DPO4000或MSO/
設(shè)計(jì)電源的工程師或使用電源的系統(tǒng)需要了解電源在各
DPO3000系列示波器進(jìn)行常見的開關(guān)式電源測量，如圖
種條件下的行為。
1所示。通過選配電源測量和分析軟件(DPOxPWR)，這
些示波器提供了自動(dòng)測量功能，可以快速進(jìn)行分析，簡
化設(shè)置，校正探頭偏移，實(shí)現(xiàn)最大精度。
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采樣模式
圖2. 采樣模式。
準(zhǔn)備電源測量 示波器采集模式
在理想情況下，電源的工作方式應(yīng)與設(shè)計(jì)和建模的性能 示波器采集模式控制著怎樣采樣、處理和顯示電信號。
一模一樣。但事實(shí)上，各種元件都是不完美的：負(fù)載會(huì) 得到的波形點(diǎn)是數(shù)字值，存儲在存儲器中，構(gòu)成波形顯
變化，電源可能會(huì)失真，環(huán)境變化會(huì)影響性能。提高性 示。大多數(shù)示波器支持不同的采集模式，選擇的采集模
能、改善效率、縮小尺寸和降低成本的需求，則進(jìn)一步 式可能會(huì)影響電源測量的精度。必需了解采集模式怎樣
提高了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 工作以及其對波形和后續(xù)電源測量的影響。
考慮到這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，必須正確設(shè)置測量系統(tǒng)，準(zhǔn)確捕 每臺示波器都提供了采樣模式，這是最簡單的采集模式。
獲波形進(jìn)行分析和調(diào)試。要考察的主要課題有： 如圖2所示，通過在每個(gè)波形間隔中保存一個(gè)樣點(diǎn)(波形
間隔在圖中表示為1, 2, 3, 4)，示波器創(chuàng)建一個(gè)波形點(diǎn)。
示波器采集模式
采樣模式建議用于要求在不重復(fù)信號上進(jìn)行多次采集的
消除電壓探頭和電流探頭之間的偏移
測量，如紋波和噪聲分析。
消除探頭偏置
電流探頭消磁
帶寬限制濾波器
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平均模式
圖3. 平均模式。
Hi-Res模式
圖4. Hi-Res模式。
大多數(shù)示波器制造商提供的另一種采集模式是平均模式。 提供了Hi-Res模式。在這種模式下，將平均在一個(gè)波
在平均模式下，示波器象采樣模式一樣，在每個(gè)波形間 形間隔內(nèi)采集的多個(gè)連續(xù)樣點(diǎn)，從單個(gè)采集中生成一個(gè)
隔中保存一個(gè)樣點(diǎn)。但是，在平均模式下，將平均來自 波形點(diǎn)，如圖4所示。其結(jié)果，降低了帶寬，進(jìn)而降低
連續(xù)采集的對應(yīng)波形點(diǎn)，生成最終顯示的波形，如圖3所 了噪聲，改善了低速信號的垂直分辨率。Hi-Res特別
示。平均模式降低了噪聲，而又不會(huì)損害帶寬，但要求 適合為電源供電及在一次采集中采集數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行調(diào)制分
重復(fù)信號。平均模式特別適合執(zhí)行諧波分析或電源質(zhì)量 析。Hi-Res可以改善測量精度，如開關(guān)損耗，這些測
分析測量，如真實(shí)功率、無功功率和視在功率。泰克還 量基于數(shù)學(xué)計(jì)算值，如瞬時(shí)功率。
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圖5. 電壓探頭和電流探頭之間的默認(rèn)定時(shí)偏移。 圖6. 校正電壓探頭和電流探頭之間標(biāo)稱定時(shí)偏移。
消除電壓探頭和電流探頭之間的偏移 泰克MSO和DPO系列提供了“偏移校正”功能，消除
在使用數(shù)字示波器進(jìn)行電源測量時(shí)，必需測量流經(jīng)被測 探頭之間的偏移。在選擇了Deskew菜單后，會(huì)顯示一
設(shè)備的電壓及電流。這一任務(wù)要求使用兩只不同的探 個(gè)信息框，其中描述了每條通道的探頭型號、標(biāo)稱傳播
頭：一只電壓探頭 (通常是高壓差分探頭)，一只電流探 延遲、推薦偏移校正和實(shí)際偏移校正。圖5中的電壓和
頭。每只電壓探頭和電流探頭都有自己的特性傳播延遲， 電流波形有大約8 ns的偏移，信息框中顯示了每只探頭
在這些波形中產(chǎn)生的邊沿不可能自動(dòng)對準(zhǔn)。電流探頭和 的傳播延遲。TDP1000 (泰克差分電壓探頭)的標(biāo)稱傳播
電壓探頭之間的延遲差稱為偏移，會(huì)導(dǎo)致幅度和定時(shí)測 延遲為6.5 ns，TCP0030(泰克電流探頭)的標(biāo)稱傳播延遲
量不準(zhǔn)確。必需了解探頭的傳播延遲對最大峰值功率和 為14.5 ns，傳播延遲相差8 ns。
面積測量的影響，因?yàn)楣β适请妷汉碗娏鞯某朔e。如果 為校正探頭之間的偏移，只需簡單地選擇“Set all deskews
兩個(gè)相乘的變量沒有完美對準(zhǔn)，那么會(huì)得到不正確的結(jié) to recommended values”側(cè)面聚光按鈕，如圖6所示。
果。 選擇這個(gè)選項(xiàng)將把探頭的Actual Deskew(實(shí)際偏移校正)
值調(diào)節(jié)到Recommended Deskew(推薦偏移校正)值。
Recommended Deskew值基于探頭的標(biāo)稱傳播延遲，
標(biāo)稱傳播延遲存儲在探頭的內(nèi)存中，其前提是探頭支持
TekVPI?，一般支持自動(dòng)校正探頭偏移。
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圖7. 泰克偏移校正脈沖發(fā)生器和偏移校正夾具。 圖8. 泰克TCP0030 AC/DC電流探頭，帶有消磁/自動(dòng)清零功
能。
TEK-DPG 為電源測量偏移校正夾具(泰克部件編號
067-1686-XX)提供了一個(gè)源信號。在把探頭連接到偏
移校正夾具上后，可以手動(dòng)撥入“Actual Deskew”，改
變偏移校正值，精確對準(zhǔn)波形。圖8說明TDP1000探頭
的Actual Deskew值已經(jīng)調(diào)節(jié)了680 ps，從6.5 ns調(diào)節(jié)
到7.18 ns，實(shí)現(xiàn)了最大精度。
消除探頭偏置
XY畫面，顯示了一個(gè)20 MHz時(shí)鐘和一個(gè)10 MHz時(shí)鐘。
差分探頭一般會(huì)有較小的電壓偏置。這個(gè)偏置會(huì)影響精
度，在繼續(xù)測量前必須消除這個(gè)電壓偏置。大多數(shù)差分
電壓探頭擁有內(nèi)置的DC偏置調(diào)節(jié)控制功能，可以相對
圖9. 具有消磁/自動(dòng)清零功能的泰克TCP0030 AC/DC電流探頭。 簡單地消除偏置。
在進(jìn)行測量前，可能還需要調(diào)節(jié)電流探頭。通過把DC余
選擇“Set all deskews to recommended values”將考 額清零到平均值0 A或盡可能接近0 A，可以調(diào)節(jié)電流探
察探頭的標(biāo)稱傳播延遲差，它將非常接近正確的偏移校 頭偏置?；赥ekVPI的探頭如TCP0030 AC/DC電流探

MSO ( Mixed-Signal Oscilloscope) 和 DPO ( Digital phosphor oscilloscope) 系列示波器是由電氣行業(yè)專業(yè)制造商所推出的一種高性能、多功能的測試儀器，主要用于電子信號的實(shí)時(shí)捕獲、分析和解碼。它們特別適用于電源測量和分析領(lǐng)域的應(yīng)用。 在電源測量方面，MSO/DPO系列示波器能夠精確地測量電壓、電流和功率波形，包括直流（DC）和交流（AC）信號，以及脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號等復(fù)雜電源特性。用戶可以通過設(shè)置相應(yīng)的觸發(fā)條件和通道選擇，對輸入電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，評估其穩(wěn)定性和效率，以便于調(diào)試電源系統(tǒng)或優(yōu)化電力轉(zhuǎn)換設(shè)備。 而在電源分析方面，這些示波器具備高級分析功能，如頻率響應(yīng)分析、相位分析、失真度測量、瞬態(tài)響應(yīng)分析等，可幫助用戶深入理解電源在整個(gè)工作周期內(nèi)的行為特性，并識別潛在的問題，如諧波、噪聲、暫態(tài)過沖/下陷等問題。 總之，MSO/DPO系列示波器憑借其強(qiáng)大的信號處理能力和豐富的分析工具，為電源工程師和相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士提供了一套完整的解決方案，以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的電源測量與分析任務(wù)。如果您需要更具體的使用步驟或案例解析，請告訴我，我將為您提供詳盡的應(yīng)用指南和支持。