開關(guān)損耗測量中的注意問題與影響因素解析

功率損耗是開關(guān)器件性能評估的重要環(huán)節(jié)，也是很多示波器付費選配的高級功能。雖然很多實驗室配備了功率損耗測量環(huán)境，對設(shè)備和探頭也投入不菲，但如果工程師忽略了探頭之間的時間偏移，測試結(jié)果很可能會隨之失去意義。

一、開關(guān)損耗測量中應(yīng)考慮哪些問題

在實際的測量評估中，我們用一個通道測量電壓，另一個通道測量電流，然后軟件通過相乘得到功率曲線，再通過時間區(qū)間的積分得到最終的結(jié)果。

這其中要注意的兩點：

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

精確測量相位，保證電壓和電流的對應(yīng)關(guān)系。

帶寬充足比較好理解，但我們該如何保證電壓和電流的對應(yīng)關(guān)系呢？

二、時間偏移對測量結(jié)果的影響

當電壓通道和電流通道之間存在時間偏移時，測量結(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)斷損耗測量原理圖，由此可見，只有經(jīng)過校正以后，才能得到正確的測量結(jié)果。值得注意的是，由于電壓探頭和電流探頭的實現(xiàn)原理和探頭傳輸電纜長度的差異，這種偏移是普遍存在的。

圖1 通道間的偏移對測量結(jié)果的影響

三、如何對通道偏移進行校正

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同時作用在電壓和電流探頭上，通過示波器觀察脈沖信號經(jīng)過探頭后的時間偏移，并在示波器上校正偏移時間。

該夾具通過USB接口供電，使用簡單方便。時間偏移的校正可以手動或自動進行。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

四、延長線對傳輸延遲的影響

除了執(zhí)行偏移校正，在實際測量中，還應(yīng)注意延長線的影響，典型的測試示意圖如圖5所示。由于電流鉗通常無法直接在PCB板上測量電流，此時電流需通過延長線引出，延長線會引入傳輸延遲，普通銅線延長線可按33.5ps/cm進行計算，并通過示波器的延遲校正參數(shù)進行補償。

同樣的，電壓探頭的延長線也會帶來傳輸延遲，可根據(jù)實際測量中的超前滯后關(guān)系，對應(yīng)調(diào)整延遲校正參數(shù)進行補償。以圖5為例，假設(shè)延長線的長度為100cm，則電流通道的延遲時間為：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間，使其比電壓通道超前3.35ns。

圖5 典型的測試示意圖

五、總結(jié)

通過以上分析可以看出：在使用示波器進行開關(guān)損耗測量時，除了保證波形測量準確之外，還須留意通道之間的時間偏移，這種由探頭引入的時間偏移會為測量本身引入較大的誤差。因此，在準確評估功率損耗時，一定要使用偏移校正夾具對通道延遲進行校正。