如何才能用好示波器 示波器的数学功能要了解清楚

2020-01-28来源: elecfans关键字:示波器  数学功能  数学通道

大多数工程实验室都有数字示波器,但是许多工程师并未完全探索其功能。数字示波器更有趣的功能之一是其数学通道,可以帮助您分析热插拔和负载开关电路。数学函数可以提供有关热插拔电路参数的详细信息,可以帮助您进行设计和故障排除。例如,您可以使用示波器的数学函数来计算负载电容,从而可显示MOSFET在启动或关闭期间的瞬态功耗。本文利用了美信MOSFET MAX5976热插拔器件,教大家如何才能用好示波器。


示波器设置

为了了解如何使用数学函数,请考虑使用集成MOSFET MAX5976热插拔器件,它内部集成了MOSFET开关元件,电流检测和驱动器电路,从而构成了完整的电源开关电路。该测试方法还适用于由分立元件构成的热插拔控制电路,将示波器探头连接到图1中的热插拔电路,可以使示波器访问计算所需的信号。电压探头连接到电路的输入和输出,从而在MOSFET上提供压降。电流探头提供了最简单的方法来检测通过设备的负载电流。

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图1将电压探针连接到MOSFET上以测量VDS(a),将电流探针连接到ID(b)。

相同的基本连接适用于非集成热插拔电路,在MOSFET之前和之后连接输入和输出电压探头,这些探头位于MAX5976内部,将电流探头与电路的电流检测电阻串联。为了准确测量流过开关元件的电流,请将电流探头放置在输入旁路电容器之后和输出电容器之前。探头必须测量流经控制器的电流。电容器COUT和CIN不能在控制器和电流探头之间。


MOSFET功耗

开关元件(通常为N沟道MOSFET)中的功耗是VDS(漏极至源极电压)和ID(漏极电流)的乘积。选择示波器探头,以使VDS为通道2和通道1之差,并使用电流探头测量漏极电流。本例中的示波器Tektronix DPO3034具有通过高级数学菜单配置的数学轨迹。


要测量MOSFET的功耗,只需输入一个方程,该方程从通道2中减去通道1,然后将结果乘以电流探针信号即可。使能热插拔电路时,其输出电压以特定的dV / dt压摆率向输入电势上升。负载电容充电电流根据以下公式流过MOSFET:ID = COUT&TImes;(dV / dt)。


在示波器上捕获此启动事件会产生图2的波形,其输出电容为360μF,输入电压为12V。热插拔设备将浪涌电流限制为2A。请注意,在恒定电流为负载电容COUT充电的情况下,功率波形呈递减斜率,从24W(12V&TImes;2A)开始,随着输出上升至12V而下降至0W。

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图2 COUT的电路MOSFET功耗(中间迹线,红色)为360F。热插拔设备将浪涌电流限制为2A。


这些测量值可以告诉您MOSFET是否在电压,电流和温度的安全范围内。您可以通过参考MOSFET数据表中的相关图表来估算MOSFET的结温升高,直接从实际电压和电流测量结果计算出功率波形,消除了近似估算功耗所固有的误差。此外,当浪涌电流和dV / dt都不恒定时,您可以在启动事件期间准确捕获功率波形(图3)。 COUT为360μF,浪涌电流钳位在2A。

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图3在启动期间,流过MOSFET的电压(顶部迹线,黄色)和流过MOSFET的电流(底部迹线,绿色)ID都不恒定。


如果示波器的数学功能包括积分功能,则可以进一步进行波形计算。积分可以显示事件期间沉积在MOSFET中的总能量。图4将积分功能应用于MOSFET的功率信息。由于功率波形为三角形,其启动时间约为2毫秒,因此可以预期获得约24W / 2&TImes;2毫秒= 24毫焦的能量,该能量会在MOSFET中转换为热量。在启动事件结束时,数学通道的功率积分几乎达到了24 mJ的能量。

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图4功耗积分计算了消耗在MOSFET中的总能量。


您可以将此技术应用于影响MOSFET的其他瞬态条件,例如关断,短路或过载事件。如此详细的功率和能量信息,使您可以在检查MOSFET的安全工作区和热特性时精确计算脉冲持续时间和“单脉冲功率”。


测量负载电容

您还可以使用示波器的积分功能来测量热插拔负载电容,前提是在启动过程中电阻负载电流很小。电容是施加到电容器的每伏特所存储的电荷量,而电荷只是电流的时间积分。因此,通过积分热插拔浪涌电流并除以输出电压,示波器的数学功能可以准确地测量总负载电容。


图5中的热插拔控制器连接三个陶瓷输出电容器,每个电容器的标称值为10F。电容迹线(红色)最初是无意义的,因为在输出电压上升之前会发生零分频问题。但是,当输出电压超过0V时,数学通道会迅速收敛至约27μF的测量电容。

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图5输出电容测量结果表明COUT为30μF。


图6重复了图5的实验,但在输出端增加了一个标称值为330μF的铝电解电容器。在启动事件结束时,显示测得的输出电容约为350μF,几乎完全符合期望。

如何才能用好示波器 示波器的数学功能要了解清楚

图6添加一个330μF电容器可产生350μF的测量输出电容。


请记住,电阻性负载会吸收未存储在电容器中的电流,从而降低了电容测量的准确性。但是,对于短时间的测量,结果仍然有用。

关键字:示波器  数学功能  数学通道 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic486627.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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