通道延遲對(duì)功率損耗測(cè)試的影響

開關(guān)器件的功率損耗是開關(guān)器件評(píng)估的重要環(huán)節(jié)，也是許多示波器選配的高級(jí)分析功能。事實(shí)上，雖然很多實(shí)驗(yàn)室配備了功率損耗程度測(cè)量環(huán)境，對(duì)設(shè)備和探頭也投入不菲，但是如果忽略了時(shí)間偏移，則所有的測(cè)試結(jié)果都將失去意義。

1.1 開關(guān)損耗測(cè)量中應(yīng)考慮哪些問(wèn)題呢?

在實(shí)際的測(cè)量評(píng)估中，我們用一個(gè)通道測(cè)量電壓，另一個(gè)通道測(cè)量電流，然后軟件通過(guò)相乘得到功率曲線，再通過(guò)時(shí)間區(qū)間的積分得到最終的結(jié)果。

這其中要注意的兩點(diǎn)：

保證示波器和探頭帶寬充足，準(zhǔn)確獲取開關(guān)器件在開通和關(guān)斷過(guò)程中的波形;

精確測(cè)量相位，保證電壓和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

帶寬充足比較好理解，但我們?cè)撊绾伪ＷC電壓和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系呢?

1.2 時(shí)間偏移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

當(dāng)電壓通道和電流通道之間存在時(shí)間偏移時(shí)，測(cè)量結(jié)果明顯偏高或偏低，而器件的開關(guān)速度越快，偏移的影響就越明顯。圖1為MOS管的關(guān)斷損耗測(cè)量原理圖，由此可見(jiàn)，只有經(jīng)過(guò)校正以后，才能得到正確的測(cè)量結(jié)果。值得注意的是，由于電壓探頭和電流探頭的實(shí)現(xiàn)原理和探頭傳輸電纜長(zhǎng)度的差異，這種偏移是普遍存在的。

圖1通道間的偏移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

1.3 如何對(duì)通道偏移進(jìn)行校正呢?

如圖2所示，偏移校正夾具可以直接校正電壓探頭和電流探頭之間的時(shí)間偏移。其基本原理是夾具產(chǎn)生一組相位差為零的電壓和電流的脈沖信號(hào)同時(shí)作用在電壓和電流探頭上，通過(guò)示波器觀察脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)探頭后的時(shí)間偏移，并在示波器上校正偏移時(shí)間。

該夾具通過(guò)USB接口供電，使用簡(jiǎn)單方便。時(shí)間偏移的校正可以手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行。使用偏移校正夾具，校正前后的波形分別如圖3和圖4所示。

圖2 ZDF1000偏移校正夾具

圖3偏移校正前的波形

圖4偏移校正后的波形

1.4 延長(zhǎng)線對(duì)傳輸延遲的影響

除了執(zhí)行偏移校正，在實(shí)際測(cè)量中，還應(yīng)注意延長(zhǎng)線的影響，典型的測(cè)試示意圖如圖5所示。由于電流鉗通常無(wú)法直接在PCB板上測(cè)量電流，此時(shí)電流需通過(guò)延長(zhǎng)線引出，延長(zhǎng)線會(huì)引入傳輸延遲，普通銅線延長(zhǎng)線可按33.5ps/cm進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)示波器的延遲校正參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。同樣的，電壓探頭的延長(zhǎng)線也會(huì)帶來(lái)傳輸延遲，可根據(jù)實(shí)際測(cè)量中的超前滯后關(guān)系，對(duì)應(yīng)調(diào)整延遲校正參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。以圖5為例，假設(shè)延長(zhǎng)線的長(zhǎng)度為100cm，則電流通道的延遲時(shí)間為：33.5ps/cm×100 cm=3.35ns。在使用偏移校正夾具完成校正后，應(yīng)調(diào)整電流通道的延遲校正時(shí)間，使其比電壓通道超前3.35ns。

圖5典型的測(cè)試示意圖

通過(guò)以上分析可以看出：在使用示波器對(duì)高速開關(guān)器件進(jìn)行開關(guān)損耗測(cè)量時(shí)，除了保證電壓通道和電流通道的波形測(cè)量準(zhǔn)確之外，還須留意通道之間的時(shí)間偏移，這種由探頭引入的時(shí)間偏移，這種偏移會(huì)為測(cè)量本身引入較大的誤差。因此，在準(zhǔn)確評(píng)估功率損耗時(shí)，一定要使用偏移校正夾具對(duì)通道延遲進(jìn)行校正。