开关损耗测试，您“去延迟”了吗？
上海华湘
2024-03-14 16:13
18次开关电源(smps)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，真可谓一举两得！而smps技术背后的奥秘，就在于其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，开关速度快如闪电，还能轻松应对不稳定电压尖峰的挑战。在开通和断开状态间切换时，它们以极低的能量消耗产生较高的效率，同时保持较低的发热温度。
图1：半导体功率器件电路图
探头的传输延迟
开关器件的优劣，无疑在很大程度上决定了smps的总体性能。因此，对于那些希望使用数字示波器精准测量开关电源的用户来说，了解并测量mosfet开关器件的漏极与源极间的电压和电流，或是igbt集电极与发射极间的电压，就显得尤为重要。通过这些测量，我们能够更全面地了解开关器件的开关损耗、平均功率损耗以及安全工作区等关键指标，为优化电源性能提供有力依据。
在这一过程中，我们不可或缺的工具便是高压差分探头和电流探头。它们的连接方式如图2所示，两者各司其职，一支负责捕捉电压变化，一支负责监测电流波动，共同绘制出开关器件的工作全貌。
图2：测量过程中电流探头与电压探头的连接方式
然而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着相关测试的准确性，变化关系如图3所示，其中功率是电压和电流的乘积，功耗是功率对时间的积分。由此可见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。
图3：传输延迟差与测量结果的关系示意图
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。在此过程中横河701936同步信号源就是一款非常理想的选择，其外观如图4所示。使用usb电缆供电的横河701936同步信号源可通过usb接口与示波器直连，方便用户取电；同时横河701936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；此外用户还可使用701936以及0.1a的供电电流可移动线圈实现对aem、lem和部分离核心hitec的直通型ct测量。
图4：横河去延迟校正信号源 701936
去延时操作
那么我们应该如何使用横河701936进行去延迟操作呢？
首先，用户需将电压探头与电流探头按照图5所示完成连接，并使用usb线缆为701936这一去延迟电路板供电；随后用户需在示波器端进行设置，并捕捉电压电流信号的下降沿。如用户使用横河dlm系列示波器，就可以直接在对应电压/电流通道中的探头设置内手动完成去延迟操作。
图5：电压探头与电流探头连接以及去延迟示意图
一定要使用下降沿。
精确去延迟并不是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：
若用户使用小电流端口i1，即左图红色线缆连接的红色接头端，则需将电压电流波形显示情况调整至图6程度。
图6：接入小电流端口时电压电流波形调整标准图
若用户使用大电流端口i2，即左图电路板上的孔洞端，则需将电压电流波形调整至图7所示程度。
图7：接入大电流端口时电压电流波形调整标准图
