横河示波器开关损耗测量

开关模式电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)。作为一种高频化电能转换装置，已成为当下直流电源的主流架构。它不仅能够轻松应对负载变化，还能显著提升能源利用效率。

而SMPS技术背后的奥秘，就在于巧妙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件。这些神奇的器件，不仅使开关速度快如闪电，还能轻松应对不稳定电压尖峰所带来的挑战。更重要的是它们还能在开通和断开状态间切换时，以极低的能量消耗产生较高的效率并保持较低的发热温度。

然而，在开关损耗的接线过程中，由于施加在开关半导体器件上的电压会很高且浮地，在测量过程中，高压差分探头和电流探头就成为工程师们不可或缺的测试工具。

 其连接方式如图1所示，差分探头负责捕捉漏源极电压(Vds)变化，电流探头负责监测漏电流(ID)波动。

图1：开关损耗的测试中的探头接线示意图

但是这两种探头本身所具备的传输延迟却会随着时间的推移以延迟差的形式影响测试的准确性。因此在实操过程中我们一定要消除两支探头间的传输延迟，才能实现对开关损耗的精确测量。

在完成“去延迟”操作之前，我们首先需要选取一个可提供稳定时间差的电压、电流信号作为测量的标准源。横河701936同步信号源就是一款非常理想的选择（图2）：它使用USB电缆供电，可通过USB接口与示波器直连，方便用户取电；它不仅支持多种类型的钳式电流探头，如Yokogawa 701930和701931，还支持用户在测量时施加1A的信号源以便于完成更大范围的电流测量；它还可以与0.1A的供电电流可移动线圈组合实现对AEM、LEM和部分离核心Hitec的直通型CT测量。

图2：横河去延迟校正信号源701936

需要注意的是在去延迟过程中需使用信号的下降沿，且精确去延迟并不是单纯将两个波形调整到简单重合即可，而是要根据不同的接线端口情况对其设置进行分类讨论：

除根据设定自动测试开关损耗外，用户还可参考功率波形，使用Math（运算）功能对开关损耗测量进行手动设置。

具体方式为：如图5所示打开Math通道运算，公式选择S1×S2， 在S1处选择电压所在通道，S2处选择电流所在通道，其中功率=电压×电流，即P=U×I，所得Math波形即为功率波形。

图5：Math通道运算界面

随后使用Measure（测量）功能，打开Measure测量菜单，选择对时间积分项目（IntegTY），手动调整测量区域，得到测量值即为开关损耗结果。

图6：开关损耗测量中的Measure测量菜单

其中功耗=功率对时间的积分，即 W=∫ (P (t)dt)

图7：手动设置开关损耗测量示意图

除常规单周期的开关损耗外，工程师还需关注多周期开启损耗和关闭损耗，而要想完成这一进阶测试，就需横河示波器的历史存储功能与统计功能前来助力。

历史存储功能的应用

待用户开启历史存储功能后，横河示波器DLM3000不仅可以在高速波形捕获基础上对数据进行历史存储，还能将触发过的波形按时间顺序毫无损失地自动保存在历史存储器，并在完成捕捉后，以多样化的显示模式满足用户需求。

如图8所示DLM3000既可以单屏逐一显示测试波形和数据，也可将所有波形叠加在一起显示和比较，如此工程师就可以在改变额定负载的同时，把捕捉到的多个周期波形保存到历史存储器，并对开关损耗和负载的变化关系进行深度分析。

此外，用户还可利用历史回放功能观测开关波形的变化趋势，并对保存在历史存储器中的每个波形进行参数统计，分析多个周期的开关损耗，并统计出多个周期中的损耗最大值，最小值，平均值与分布偏差情况。

图8：开启历史存储功能后DLM3000所保存的数据波形图

周期统计功能的应用

横河DLM3000具有最大500MW的长存储（如图9、图10所示），因此可长时间连续采集多个周期的电压(Vds)和电流(ID)的波形数据，并用运算通道M1计算出相应的开关损耗(Vds x ID)。在指定范围内，使用DLM3000周期统计功能可以统计出每个周期的损耗(参数 Wp)。

另外，DLM3000还可以用列表和趋势图的方式显示出单个周期的损耗变化，此功能在应用中非常方便——查验电源开启直到稳定过程中每个开关周期的变化；查验负载变化过程中每个周期的总损耗的变化。

图9：启用周期统计功能后DLM3000的统计测量

图10：启用周期统计功能后DLM3000的周期统计列表和周期统计趋势图