用示波器测试开关电源
用示波器测试电源环路稳定性的方法
用示波器测试电源环路稳定性的方法首先开关电源的环路补偿基础知识内容涉及广，需要的数理知识比较庞杂。
1、反馈控制系统开关电源是一种典型的反馈控制系统，其有响应速度和稳定性两个重要的指标。
响应速度就是当负载变化或者输入电压变化时，电源能迅速做出调整的速度。
因为开关电源的负载多数情况下都是数字IC，其电流会随着逻辑功能的变化而变化，比如FPGA在进行配置时，电流会增大一倍以上。
而开关电源的输入电压也会有一定程度的波动。
为了保证电源稳定输出，不产生跌落或者过冲，就要求电源必须迅速做出调整，使得最终输出的电压没有变化。
而电源的响应速度就决定了电源的调整速度。
由于电源加入了反馈系统，就可能发生震荡。
如果电源系统的参数没有设置好，就会产生震荡，结果就是电压上会被叠加一个固定频率的波动。
导致电源不稳定。
开关电源如下图所示：从开关电源的框图中可以看出，该系统是通过一个反馈电路，将最终输出的变化反馈给比例电路，经过比例电路的等比例衰减，输入到误差放大器中。
而后误差放大器通过比较该信号和内部参考信号的差异，来驱动后级脉宽调制器等一系列的输出环节，最终与干扰信号相互抵消，从而保证电源的稳定。
2、波特图幅度曲线的频率响应是电压增益改变与频率改变的关系,这种关系可以用波特图上一条以分贝(dB)来表示的电压增益比频率(Hz)曲线来描述.波特幅度图被绘成一种半对数曲线:x轴为采用对数刻度的频率(Hz),y轴则为采用线性刻度的电压增益(dB),波特图的另一半则是相位曲线(相移比频率),并被描述成以”度”来表示的相移比频率关系.波特相位曲线亦被绘成一种半对数曲线:x轴为采用对数刻度的频率(Hz),y轴为采用线性刻度的相移(度)。
很多同学容易把波特图看不明白，是因为用一个坐标系，把增益和相位画到一张图上，导致的认知错乱。
如下图，注意左边纵坐标是增益，单位是dB；右边的纵坐标是相位，单位是°。
横坐标是频率，是两个变量曲线共用的。
示波器在电源测试环节的典型应用
示波器在电源测试环节的典型应用随着电子技术的不断创新，开关电源设计趋于高频、高可靠、高效率、低噪声等方向发展，因此，电源的测试分析越来越重要，本文针对电源工程师常碰到的六个测试小问题，给出一些推荐的解决方案，供您参考。
问题一:参数较多，需要分多组才能全部测量？测试电源主要是针对MOSFET做测试，具体的测量项目多种多样。
常规VGS、VDS的幅度测量包含幅度、高、低、最大值、最小值、RMS、峰峰值、正/ 负过冲、平均值、周期平均值、周期RMS测量，时间测量也有周期、频率、上升/ 下降时间、正/ 负占空比、正/ 负脉宽、突发宽度、延迟、相位等多种参数、有时还需同时监控开关损耗、漏电流等测试项……如果只能同时测量4-8个参数则局限太强，此时的参数应该越多越好，这也是我们起初设计示波器时考虑让24项参数可以同屏显示的初衷。
图1 VGS、VDS测量参数问题二:在MOSFET调试中，如何捕获偶发的毛刺信号？MOSFET的测试开关瞬间偶尔会碰到毛刺信号，无论是小概率的猝发还是边沿的抖动，都可能对电路造成误动作，下面介绍两种捕获小概率异常的方法。
1.无限余辉+模板触发如果事先无法判断周期性信号内偶发异常的概率和特征，可以先用示波器的余辉功能查看毛刺轨迹，然后利用模板触发将异常信号隔离出来。
图2 余辉+模板触发捕获异常信号2.测量统计+异常搜索对于占空比随机MOS驱动信号，小概率的边沿抖动让人非常头疼。
此时可以基于信号特征，在大数据内搜索上升/下降时间异常的信号，如下图，基于当前屏较长时间的波形做测量统计，从测量结果上升沿时间可知---当前值20ns，最大值130ns，通过搜索标注功能，将上升沿130ns的异常波形搜索出来（MOSFET开关转换时，上升/下降沿会出现偶发性抖动）。
图3 测量统计+搜索标注捕获上升沿异常波形注意：这里的难点并不在于功能的有无，而在于示波器存储深度的大小。
如果存储深度不够，针对这么长时间的波形捕获早已完全失真，异常搜索也无从谈起。
为何测试开关电源时示波器不能用有地线的电源线
为何测试开关电源时示波器不能用有地线的电源线
在反激开关电源时，常常需要测试原边MOS的D极波形。
这时使用的示波器电源线要么不能用有3个接头的（即带地线的），要么示波器要使用隔离电源。
在没有使用隔离电源的情况下，如果示波器的电源线接了地将会炸机。
如下图，因为示波器探头的地和电源线的地线是接在一起的，而电源的地线和零线其实电厂是接在一起的。
如果探头地线夹子接在电容负极，某个时刻D1导通，那么地线和火线之间只有一正向导通的二极管，也即零线和火线之间只有一正向导通的二极管，所以就会发生炸机。
电子菜鸟4420160916。
使用DPO示波器测量开关电源中的功耗
使用DPO示波器测量开关电源中的功耗电源需求的变化推动了开关电源系统的体系结构变化，能够测量和分析下一代开关式电源 (SMPS)的功耗至关重要。
支持高得多的数据速度及千兆赫级处理器的新型电源，需要更大的电流和更低的电压，在效率、功率密度、可靠性和成本方面给电源设计人员带来了新的压力。
为满足这些需求，设计人员正在采用新的结构，其中包括同步整流器、有源功率系数校正和更高的开关频率。
这些技术也带来了新的挑战，如开关设备上的高功耗、温度上升和EMI/EMC过高等影响。
了解这些影响的一个关键参数是在开关过程中发生的功率损耗。
在从“off”状态转换到“on”状态的过程中，电源会发生更高的功率损耗。
而开关设备处于“on”或“off”状态时的功率损耗较低，因为流过设备的电流或加在设备上的电压相当小。
与开关设备有关的电感器和变压器会平滑负荷电流隔离输出电压。
这些电感器和变压器还受到开关频率的影响，会产生一定功耗，偶尔会由于饱和而发生故障。
由于开关电源中消耗的功率决定着电源的整体效率及热量效应，因此测量开关设备及电感器和变压器上的功率损耗具有非常重要的意义，特别是在指明功率效率和温度上升方面。
因此，工程师需要测量和分析设备能够在变化的负荷条件下迅速精确地测量和分析瞬时功率损耗。
需要精确测量和分析不同设备瞬时功率损耗的设计人员面临的挑战如下：● 如何组建测试设备，精确测量功率损耗● 校正电压探头和电流探头中的传输延迟引起的误差● 计算非周期性的开关周期中的功率损耗● 在负荷动态变化时分析功率损耗● 计算电感器或变压器的核心损耗幸运的是，市场上已经出现了完善的功率分析软件，这种软件在最新一代数字荧光示波器上运行，与示波器用户界面拥有共同的“感观”，提供了直观的导航能力和简便易用性。
开关电源纹波测试方法
开关电源纹波测试方法
开关电源的纹波测试方法如下：
1. 准备测试设备：需要一台示波器和一个负载电阻。
2. 连接测试设备：将示波器的探头连接到开关电源的输出端，将负载电阻连接到开关电源的输出端和地线之间。
3. 调整示波器：选择合适的示波器探头放大倍数和时间基准，确保能够观察到电源输出的纹波。
4. 设置电源负载：根据开关电源的额定输出电流和电压，选择一个适当的负载电阻值。
确保负载电阻不会超过开关电源的额定功率。
5. 测量纹波：打开开关电源，观察示波器上的波形。
通常，纹波的峰-峰值（Peak-to-Peak）或峰值（Peak）被用来描述纹波的大小。
6. 记录结果：将纹波的数值记录下来，并与开关电源的规格进行比较，以确定其纹波是否在规定范围内。
7. 分析结果：如果纹波超过规定范围，可能需要考虑采取一些措施来降低纹波，例如添加滤波电路或改变开关频率等。
需要注意的是，开关电源的纹波测试方法可能会因具体的产品和测试要求而有所不同，因此在进行测试时应根据具体情况进行调整。
开关电源纹波的测量
开关电源纹波的测量基本要求：使用示波器AC耦合20MHz带宽限制拔掉探头的地线1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。
2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。
因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。
3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。
很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。
但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω终端。
横河示波器的资料上介绍说，50Ω模块是除去DC 成分，精确测量AC成分。
但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量，影响暂时不清楚。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项。
如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。
在测量高频噪声时，使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz级别。
其他与上述相同。
可能不同的公司有不同的测试方法。
归根到底第一要清楚自己的测试结果。
第二要得到客户认可，关于示波器：有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因，无法正确的测量出纹波。
这时应更换示波器。
这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆，但表现要比数字示波器好。
开关电源纹波的抑制对于开关纹波，理论上和实际上都是一定存在的。
通常抑制或减少它的做法有三种：1，加大电感和输出电容滤波根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。
所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
左图是开关电源电感L内的电流波形，其纹波电流△I可由下式算出：可以看出，增加L值，或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。
可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。
通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。
但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。
示波器测试开关电源纹波的方法
示波器测试开关电源纹波的方法以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接开展测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。
开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波；高频纹波；寄生参数引起的共模纹波噪声；功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声；闭环调节控制引起的纹波噪声。
纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。
尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。
所以，电源纹波的测试就显得极为重要。
电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。
一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。
而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。
电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。
对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。
对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。
整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。
所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。
测量之前需要开展如下设置。
1.通道设置：耦合：即通道耦合方式的选择。
纹波是叠加在直流信号上的交流信号，所以，我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号，直接测量所叠加的交流信号就好。
宽带限制：关探头：首先选用电压探头的方式。
然后选择探头的衰减比例。
必须与实际所用探头的衰减比例保持一致，这样从示波器所读取数才是真实的数据。
比方，所用电压探头放在×10档，则此时，这里的探头的选项也必须设置为×10档。
开关电源的主要测试点
开关电源的主要测试点
调试开关电源时，除了用电压表测量控制电路中相关元器件引脚的电压外，更重要的是用示波器观测相关的电压波形，以便判断开关电源是否处于最佳工作状态。
本篇文章主要讲解示波器测试点的选择。
例如，测试点为PWM控制芯片的输出引脚时，可用示波器同时测量驱动脉冲的幅度和占空比这两个重要参数。
测试点的选择非常重要，测试点选择合理，既可以保证调试安全，又可以反映出开关电源的工作状态，能够简化调试过程。
开关电源的测试点选择
功率开关管的漏极电压波形
开关电源的测试点选择如从TP1可以看到功率开关管的漏极电压波形，这个波形能够反映出漏极尖峰电压、输入直流高压、二次反射电压、开关管导通压降及导通与截止时间等信息。
在单端反激式开关电源中，功率开关管的漏极电压波形如从TP2可以看到功率开关管的源极电压波形，这个波形是取样电阻Rs上的电压波形，能够反映出漏极电流及导通与截止时间等信息。
功率开关管得漏极电流波形如功率开关管的漏极电流波形
一次电流的取样电路
TP1和TP2这两个测试点很关键，基本能够反映出开关电源的工作状态和有无故障。
在调试过程中，要特别注意这两个测试点的波形。
在逐渐升高输。