用于辅助电路分析的示波器数学功能

2012-07-23 19:08:56来源: 21ic
要点

1.数字示波器的数学通道可以帮助你分析热插拔电路和负载切换电路。

2.集成MOSFET的MAX5976热插拔器件包含了一个内置MOSFET开关元件,并有电流检测与驱动电路,构成了一个完整的功率开关电路。

3.选择示波器探头时,使VDS为通道2与通道1之间的差值,并用电流探头测量漏极电流。

4.阻性负载会拉取并未存储在电容中的电流,从而降低这些电容测量的精度。但对于快速测量,这些结果还是有用的。

大多数工程实验室都有数字示波器,但很多工程师并没有完全用到它们的功能。一台数字示波器最有意思的功能是它的数学通道,它可以帮助你分析热插拔与负载切换电路。数学功能可以得出有关热插拔电路参数的详细信息,帮助你做设计和查错。例如,你可以使用示波器的数学功能计算负载电容,这可以揭示出一只MOSFET在上电或断电时的瞬时功耗。

示波器设置

为了给出一个有关数学功能使用的概念,我们考虑集成了MOSFET的MAX5976热插拨器件。它包括一个内置的MOSFET开关元件,以及电流检测与驱动电路,构成一个完整的功率开关电路。测试方法也适用于分立元件制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,使示波器能够获得计算所需要的信号。电压探头连接到电路的输入和输出,提供了MOSFET上的电压降。一个电流探头提供了探测通过器件负载电流的最简单方法。

这种基本连接方法同样也适用于非集成式热插拔电路。将输入和输出电压探头连接在MOSFET的前后。这些探头在MAX5976内部,但在MAX5978外部。将电流探头与电路的电流检测电阻相串联。为了精确地测得流经开关元件的电流,电流探头要置于输入旁路电容后,以及输出电容前。探头必须测量通过控制器的电流。电容COUT和CIN不能处于控制器与电流探头之间。

图1,将电压探头跨接在一只MOSFET上,测量VDS(a),用电流探头测量ID(b)。
图1,将电压探头跨接在一只MOSFET上,测量VDS(a),用电流探头测量ID(b)。

MOSFET功耗

开关元件( 典型情况是一只N沟道MOSFET)的功耗是VDS(漏源电压)与ID(漏极电流)的乘积。选择示波器探头时,要让VDS是通道2和通道1之间的差值,并用电流探头测量漏极电流。在本例中,示波器是Tektronix公司的DPO3034,它有一个可通过高级数学菜单配置的数学通道。

在测量MOSFET功耗时,只需要简单地输入一个式子,将通道2和通道1相减,结果再乘以电流探头的信号。当热插拔电路被使能时,其输出电压以某个dV/dt转换速率上升到输入电势。负载电容的充电电流以下式流经MOSFET:ID=COUT×(dV/dt)。

在示波器上捕捉这个起动事件,就得到图2中的波形,其输出电容为360μF,输入电压为12V。热插拔器件将浪涌电流限制在2A。注意,电源波形是一个递减的斜坡,当以一个恒定电流为负载电容COUT充电时,波形开始为24W(12V×2A),当输出升至12V时降到0W。

图2,图1中电路的MOSFET功耗(中间迹线,红色),COUT为360μF。热插拔器件将浪涌电流限制在2A。
图2,图1中电路的MOSFET功耗(中间迹线,红色),COUT为360μF。热插拔器件将浪涌电流限制在2A。

测量会告诉你,MOSFET的电压、电流和温度是否处于其安全的工作区间。通过参照MOSFET数据表中的有关图表, 可以估算出MOSFET结温的上升。通过对电压和电流的实际测量,直接计算出功率波形,从而消除了做功耗近似时固有的误差。此外,还可以在一个上电事件期间精确地捕捉到功率波形,此时浪涌电流和dV/dt都不是稳定的(图3)。COUT为360μF,浪涌电流被箝位在2A。

图3,在起动期间,电压VDS(上迹线,黄色)和通过MOSFET的电流ID(下迹线,绿色)都不是恒定的。
图3,在起动期间,电压VDS(上迹线,黄色)和通过MOSFET的电流ID(下迹线,绿色)都不是恒定的。

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关键字:数字示波器  数学功能  辅助电路分析  MOSFET

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0723/article_5504.html
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