MSO/DPO 系列示波器电源测量和分析应用指南

应用指南
使用 MSO/DPO 系列示波器
进行电源测量和分析
引言
从儿童玩具到计算机和办公设备、再到工业设备，许多不同的电子设备都会使用电源，电源
用来把电能从一种形式转换成另一种形式，以使设备正确运行。常见的电源实例包括：把AC
电压转换成稳定的DC电压的AC到DC转换器；把电池电源转换成要求的电压电平的DC到
DC转换器。使用MSO/DPO系列示波器进行电源测量和分析
应用指南
输入滤波器 开关设备 整流器和滤波器
线路电压 输出电压
电源质量 开关损耗 纹波
谐波分析 安全工作区
总谐波失真 di/dt, dv/dt
控制电路
反馈
调制分析
图1. 使用DPOxPWR电源分析软件检定SMPS元件。
电源分成许多不同的类型和规格，包括传统线性电源到 从历史上看，检定电源行为意味着使用数字万用表进行
为复杂动态工作环境设计的高效开关式电源(SMPS)。设 静态电流和电压测量，然后在计算器或计算机上进行麻
备负载和需求在不同时间之间可能会大幅度变化。即使 烦的计算。今天，大多数工程师正转向示波器，作为首
是商用开关电源也必须能够承受突然出现的远远超过平 选的电源测量平台。
均工作电流的峰值电流。从静止条件到最坏情况条件，
本应用指南将介绍使用泰克MSO/DPO4000或MSO/
设计电源的工程师或使用电源的系统需要了解电源在各
DPO3000系列示波器进行常见的开关式电源测量，如图
种条件下的行为。
1所示。通过选配电源测量和分析软件(DPOxPWR)，这
些示波器提供了自动测量功能，可以快速进行分析，简
化设置，校正探头偏移，实现最大精度。
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采样模式
图2. 采样模式。
准备电源测量 示波器采集模式
在理想情况下，电源的工作方式应与设计和建模的性能 示波器采集模式控制着怎样采样、处理和显示电信号。
一模一样。但事实上，各种元件都是不完美的：负载会 得到的波形点是数字值，存储在存储器中，构成波形显
变化，电源可能会失真，环境变化会影响性能。提高性 示。大多数示波器支持不同的采集模式，选择的采集模
能、改善效率、缩小尺寸和降低成本的需求，则进一步 式可能会影响电源测量的精度。必需了解采集模式怎样
提高了电源设计的复杂性。 工作以及其对波形和后续电源测量的影响。
考虑到这些设计挑战，必须正确设置测量系统，准确捕 每台示波器都提供了采样模式，这是最简单的采集模式。
获波形进行分析和调试。要考察的主要课题有： 如图2所示，通过在每个波形间隔中保存一个样点(波形
间隔在图中表示为1, 2, 3, 4)，示波器创建一个波形点。
示波器采集模式
采样模式建议用于要求在不重复信号上进行多次采集的
消除电压探头和电流探头之间的偏移
测量，如纹波和噪声分析。
消除探头偏置
电流探头消磁
带宽限制滤波器
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平均模式
图3. 平均模式。
Hi-Res模式
图4. Hi-Res模式。
大多数示波器制造商提供的另一种采集模式是平均模式。 提供了Hi-Res模式。在这种模式下，将平均在一个波
在平均模式下，示波器象采样模式一样，在每个波形间 形间隔内采集的多个连续样点，从单个采集中生成一个
隔中保存一个样点。但是，在平均模式下，将平均来自 波形点，如图4所示。其结果，降低了带宽，进而降低
连续采集的对应波形点，生成最终显示的波形，如图3所 了噪声，改善了低速信号的垂直分辨率。Hi-Res特别
示。平均模式降低了噪声，而又不会损害带宽，但要求 适合为电源供电及在一次采集中采集数据时进行调制分
重复信号。平均模式特别适合执行谐波分析或电源质量 析。Hi-Res可以改善测量精度，如开关损耗，这些测
分析测量，如真实功率、无功功率和视在功率。泰克还 量基于数学计算值，如瞬时功率。
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图5. 电压探头和电流探头之间的默认定时偏移。 图6. 校正电压探头和电流探头之间标称定时偏移。
消除电压探头和电流探头之间的偏移 泰克MSO和DPO系列提供了“偏移校正”功能，消除
在使用数字示波器进行电源测量时，必需测量流经被测 探头之间的偏移。在选择了Deskew菜单后，会显示一
设备的电压及电流。这一任务要求使用两只不同的探 个信息框，其中描述了每条通道的探头型号、标称传播
头：一只电压探头 (通常是高压差分探头)，一只电流探 延迟、推荐偏移校正和实际偏移校正。图5中的电压和
头。每只电压探头和电流探头都有自己的特性传播延迟， 电流波形有大约8 ns的偏移，信息框中显示了每只探头
在这些波形中产生的边沿不可能自动对准。电流探头和 的传播延迟。TDP1000 (泰克差分电压探头)的标称传播
电压探头之间的延迟差称为偏移，会导致幅度和定时测 延迟为6.5 ns，TCP0030(泰克电流探头)的标称传播延迟
量不准确。必需了解探头的传播延迟对最大峰值功率和 为14.5 ns，传播延迟相差8 ns。
面积测量的影响，因为功率是电压和电流的乘积。如果 为校正探头之间的偏移，只需简单地选择“Set all deskews
两个相乘的变量没有完美对准，那么会得到不正确的结 to recommended values”侧面聚光按钮，如图6所示。
果。 选择这个选项将把探头的Actual Deskew(实际偏移校正)
值调节到Recommended Deskew(推荐偏移校正)值。
Recommended Deskew值基于探头的标称传播延迟，
标称传播延迟存储在探头的内存中，其前提是探头支持
TekVPI®，一般支持自动校正探头偏移。
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图7. 泰克偏移校正脉冲发生器和偏移校正夹具。 图8. 泰克TCP0030 AC/DC电流探头，带有消磁/自动清零功
能。
TEK-DPG 为电源测量偏移校正夹具(泰克部件编号
067-1686-XX)提供了一个源信号。在把探头连接到偏
移校正夹具上后，可以手动拨入“Actual Deskew”，改
变偏移校正值，精确对准波形。图8说明TDP1000探头
的Actual Deskew值已经调节了680 ps，从6.5 ns调节
到7.18 ns，实现了最大精度。
消除探头偏置
XY画面，显示了一个20 MHz时钟和一个10 MHz时钟。
差分探头一般会有较小的电压偏置。这个偏置会影响精
度，在继续测量前必须消除这个电压偏置。大多数差分
电压探头拥有内置的DC偏置调节控制功能，可以相对
图9. 具有消磁/自动清零功能的泰克TCP0030 AC/DC电流探头。 简单地消除偏置。
在进行测量前，可能还需要调节电流探头。通过把DC余
选择“Set all deskews to recommended values”将考 额清零到平均值0 A或尽可能接近0 A，可以调节电流探
察探头的标称传播延迟差，它将非常接近正确的偏移校 头偏置。基于TekVPI的探头如TCP0030 AC/DC电流探

MSO ( Mixed-Signal Oscilloscope) 和 DPO ( Digital phosphor oscilloscope) 系列示波器是由电气行业专业制造商所推出的一种高性能、多功能的测试仪器，主要用于电子信号的实时捕获、分析和解码。它们特别适用于电源测量和分析领域的应用。 在电源测量方面，MSO/DPO系列示波器能够精确地测量电压、电流和功率波形，包括直流（DC）和交流（AC）信号，以及脉冲宽度调制（PWM）信号等复杂电源特性。用户可以通过设置相应的触发条件和通道选择，对输入电源进行实时监测，评估其稳定性和效率，以便于调试电源系统或优化电力转换设备。 而在电源分析方面，这些示波器具备高级分析功能，如频率响应分析、相位分析、失真度测量、瞬态响应分析等，可帮助用户深入理解电源在整个工作周期内的行为特性，并识别潜在的问题，如谐波、噪声、暂态过冲/下陷等问题。 总之，MSO/DPO系列示波器凭借其强大的信号处理能力和丰富的分析工具，为电源工程师和相关领域专业人士提供了一套完整的解决方案，以实现高效、准确的电源测量与分析任务。如果您需要更具体的使用步骤或案例解析，请告诉我，我将为您提供详尽的应用指南和支持。