OFweek電源網(wǎng)：從傳統(tǒng)的模擬型電源到高效的開關(guān)電源，電源的種類和大小千差萬別。它們都要面對復(fù)雜、動態(tài)的工作環(huán)境。設(shè)備負載和需求可能在瞬間發(fā)生很大變化。即使是日用的開關(guān)電源，也要能夠承受遠遠超過其平均工作電平的瞬間峰值。設(shè)計電源或系統(tǒng)中要使用電源的工程師需要了解在靜態(tài)條件以及最差條件下電源的工作情況。

過去，要描述電源的行為特征，就意味著要使用數(shù)字萬用表測量靜態(tài)電流和電壓，并用計算器或PC進行艱苦的計算。今天，大多數(shù)工程師轉(zhuǎn)而將示波器作為他們的首選電源測量平臺。現(xiàn)代示波器可以配備集成的電源測量和分析軟件，簡化了設(shè)置，并使得動態(tài)測量更為容易。用戶可以定制關(guān)鍵參數(shù)、自動計算，并能在數(shù)秒鐘內(nèi)看到結(jié)果，而不只是原始數(shù)據(jù)。

電源設(shè)計問題及其測量需求

理想情況下，每部電源都應(yīng)該像為它設(shè)計的數(shù)學(xué)模型那樣地工作。但在現(xiàn)實世界中，元器件是有缺陷的，負載會變化，供電電源可能失真，環(huán)境變化會改變性能。而且，不斷變化的性能和成本要求也使電源設(shè)計更加復(fù)雜。考慮這些問題：

電源在額定功率之外能維持多少瓦的功率?能持續(xù)多長時間?電源散發(fā)多少熱量?過熱時會怎樣?它需要多少冷卻氣流?負載電流大幅增加時會怎樣?設(shè)備能保持額定輸出電壓嗎?電源如何應(yīng)對輸出端的完全短路?電源的輸入電壓變化時會怎樣?

設(shè)計人員需要研制占用空間更少、降低熱量、縮減制造成本、滿足更嚴(yán)格的EMI/EMC標(biāo)準(zhǔn)的電源。只有一套嚴(yán)格的測量體系才能讓工程師達到這些目標(biāo)。

示波器和電源測量

對那些習(xí)慣于用示波器進行高帶寬測量的人來說，電源測量可能很簡單，因為其頻率相對較低。實際上，電源測量中也有很多高速電路設(shè)計師從來不必面對的挑戰(zhàn)。

整個開關(guān)設(shè)備的電壓可能很高，而且是浮動的，也就是說，不接地。信號的脈沖寬度、周期、頻率和占空比都會變化。必須如實捕獲并分析波形，發(fā)現(xiàn)波形的異常。這對示波器的要求是苛刻的。多種探頭——同時需要單端探頭、差分探頭以及電流探頭。儀器必須有較大的存儲器，以提供長時間低頻采集結(jié)果的記錄空間。并且可能要求在一次采集中捕獲幅度相差很大的不同信號。

開關(guān)電源基礎(chǔ)

大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中主流的直流電源體系結(jié)構(gòu)是開關(guān)電源(SMPS)，它因為能夠有效地應(yīng)對變化負載而眾所周知。典型SMPS的電能信號路徑包括無源器件、有源器件和磁性元件。SMPS盡可能少地使用損耗性元器件(如電阻和線性晶體管)，而主要使用(理想情況下)無損耗的元器件：開關(guān)晶體管、電容和磁性元件。

SMPS設(shè)備還有一個控制部分，其中包括脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)器脈頻調(diào)制調(diào)節(jié)器以及反饋環(huán)路1等組成部分。控制部分可能有自己的電源。圖1是簡化的SMPS示意圖，圖中顯示了電能轉(zhuǎn)換部分，包括有源器件、無源器件以及磁性元件。

SMPS技術(shù)使用了金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)與絕緣柵雙極晶體管(IGBT)等功率半導(dǎo)體開關(guān)器件。這些器件開關(guān)時間短，能承受不穩(wěn)定的電壓尖峰。同樣重要的是，它們不論在開通還是斷開狀態(tài)，消耗的能量都極少，效率高而發(fā)熱低。開關(guān)器件在很大程度上決定了SMPS的總體性能。對開關(guān)器件的主要測量包括：開關(guān)損耗、平均功率損耗、安全工作區(qū)及其他。