漏極電壓及電流的測(cè)量技巧-模擬電子
我們將以12 W 通用輸入恒壓適配器為例進(jìn)行講解，該適配器使用TinySwitch-III 器件設(shè)計(jì)而成。
所需設(shè)備
要完成本課程，您需要準(zhǔn)備好一個(gè)功能完備的電源和一組標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備。與電力電子裝置配合使用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備組，應(yīng)包括一個(gè)電流探針。該電流探針通常并不是一件標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，因此其費(fèi)用似乎無(wú)需或難以判斷。不過(guò)，測(cè)量電源中的電流波形對(duì)于查找故障和驗(yàn)證設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，都是非常關(guān)鍵的。因此，使用電流探針可以節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間，極大改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
沒(méi)有電流探針可用時(shí)，您可能會(huì)試著將一個(gè)電阻與源極引腳進(jìn)行串聯(lián)，通過(guò)監(jiān)測(cè)電阻壓降來(lái)測(cè)量漏極電流。但是，我們不建議您這樣做，因?yàn)殡娮鑼?huì)調(diào)制控制器地線端，影響器件的正常工作。購(gòu)買電流探針時(shí)必須考慮兩大因素，即所需電流額定值的大小以及需要的是交流探針還是直流探針。選取的電流額定值應(yīng)略大于您要在設(shè)計(jì)中測(cè)量的峰值電流。例如，在RDR-91 所介紹的12 W 設(shè)計(jì)中，次級(jí)側(cè)的峰值電流將大約為4 安培。因此，您可以使用額定
峰值電流為50 安培的標(biāo)準(zhǔn)電流探針，來(lái)測(cè)量本設(shè)計(jì)中的大部分電流波形。不過(guò)，在測(cè)量啟動(dòng)時(shí)的峰值浪涌電流或在更高功率的設(shè)計(jì)中進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可能需要選擇額定值更高的電流探針，以取得準(zhǔn)確結(jié)果。
直流探針與交流探針比較
直流電流探針是使用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)測(cè)量交流及直流電流的有源器件。它們需要使用一個(gè)相匹配的探針?lè)糯笃?，它可以是?dú)立單元，但新型示波器通常都是內(nèi)置的。交流電流探針是簡(jiǎn)單的電流變壓器，不需要探針?lè)糯笃鳎鼈儫o(wú)法測(cè)量直流電流的大小。直流電流探針更適合于電力電子裝置，因?yàn)樗鼈兙哂懈鼮閺V泛的測(cè)量應(yīng)用。例如，直流電流探針可用于測(cè)量和分析負(fù)載，也可用于測(cè)量降壓式轉(zhuǎn)換器等其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的電感電流。如果您不確定使用直流電流探針會(huì)給自己增加多少額外成本，則可選用交流電流探針，因?yàn)樗捎糜诖蠹s80%的典型電源測(cè)量，其中包括漏極電流波形的測(cè)量。交流電流探針的成本通常只有直流電流探針和放大器的一半。
漏極電流測(cè)量所需設(shè)置
測(cè)量漏極電流時(shí)，您首先需要為要放入電路的電流探針插一個(gè)線環(huán)。線環(huán)應(yīng)插入電路，使得只有漏極電流可流經(jīng)它。在PI 器件的漏極引腳與初級(jí)箝位電路的任意元件之間的印刷電路板漏極節(jié)點(diǎn)走線上，制造一個(gè)斷路點(diǎn)。將小線環(huán)圍繞您剛才制造的斷路點(diǎn)進(jìn)行焊接。為了降低噪音耦合和漏感，這個(gè)線環(huán)應(yīng)能僅僅容納電流探針與其夾接即可。
在進(jìn)行EMI 測(cè)量之前，應(yīng)隨時(shí)拆除電流環(huán)，以免它充當(dāng)環(huán)形天線，耦合高頻噪音，從而導(dǎo)致EMI性能下降。
電流測(cè)量所需的示波器設(shè)置
將電流探針連接到示波器。如果示波器輸入上的帶寬可由用戶選擇，請(qǐng)將示波器設(shè)置為20 MHz或更高。交流探針與直流探針的設(shè)置程序略有不同，下面我們將分別進(jìn)行介紹。
直流探針設(shè)置程序
使用直流探針時(shí)，請(qǐng)檢查探針?lè)糯笃魉璧氖静ㄆ鬏斎胱杩篂槎嗌?。大多?shù)探針?lè)糯笃鞫夹枰杩怪禐?0 歐姆。如果示波器沒(méi)有50 歐姆的設(shè)置，可使用阻抗相符的適配器。如果電流探針直接與示波器連接，則可以自動(dòng)適配。接下來(lái)，用放大器上的按鈕或設(shè)置對(duì)探針進(jìn)行消磁。在消磁之前，確保探針與電路斷開連接，否則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而損壞電路。
檢查示波器輸入阻抗 消磁控制
現(xiàn)在，將探針夾接到電流環(huán)上，然后使其閉合。為確保方向正確，應(yīng)確保探針上指明電流方向的箭頭是指向漏極引腳。設(shè)置示波器增益，使其與探針?lè)糯笃鞯妮敵鱿嗥ヅ?調(diào)整探針?lè)糯笃魃系闹绷髌盟?，使示波器上的電流水平歸零。
交流探針設(shè)置程序
使用交流探針時(shí)，請(qǐng)檢查示波器上的輸入阻抗是否與探針?biāo)璧淖杩瓜喾?。大多?shù)交流探針的輸入阻抗都為1 MΩ，不需要使用阻抗相符的適配器。將探針夾接到電流環(huán)上，然后使其閉合。確保探針上的箭頭指向與電流的正確方向一致，應(yīng)指向漏極引腳。設(shè)置示波器增益，以得到清晰可辨的波形。請(qǐng)查閱電源設(shè)計(jì)中所用Power Integrations 器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定其流限值。然后選擇示波器通道增益，使其能夠確保在接地與峰值漏極電流之間提供大約五個(gè)分區(qū)的清晰度。電源開始運(yùn)行后，根據(jù)需要調(diào)整增益并進(jìn)行測(cè)量。電源開始運(yùn)行后，您將會(huì)看到交流探針的輸出是以
接地點(diǎn)為中心的交流信號(hào)。通過(guò)調(diào)整示波器上的一些設(shè)置，您可以使交流探針信號(hào)看起來(lái)像是來(lái)自直流探針的輸出。首先，將示波器輸入設(shè)置為直流耦合。然后，調(diào)整示波器上的偏置水平，直到在MOSFET 關(guān)斷后可以看到示波器接地點(diǎn)的電流水平。接下來(lái)，不管是交流探針還是直流探針，都需要檢查您在電源運(yùn)行時(shí)獲得的電流波形。調(diào)整探針?lè)糯笃鞯脑鲆婧褪静ㄆ鞯臅r(shí)基，以便獲得一個(gè)清晰可測(cè)的波形。使用交流探針時(shí)，調(diào)整增益則會(huì)調(diào)整整個(gè)波形，并需要您再次調(diào)整直流偏置，重新以接地點(diǎn)為中心。注意，RDR-91 所介紹的設(shè)計(jì)范例是使用TinySwitch-III 器件
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