我們將以12 W 通用輸入恒壓適配器為例進行講解，該適配器使用TinySwitch®-III 器件設(shè)計而成。
所需設(shè)備
要完成本課程，您需要準備好一個功能完備的電源和一組標準測試設(shè)備。與電力電子裝置配合使用的標準測試設(shè)備組，應(yīng)包括一個電流探針。該電流探針通常并不是一件標準實驗室設(shè)備，因此其費用似乎無需或難以判斷。不過，測量電源中的電流波形對于查找故障和驗證設(shè)計來說，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)時間，極大改進設(shè)計質(zhì)量。
沒有電流探針可用時，您可能會試著將一個電阻與源極引腳進行串聯(lián)，通過監(jiān)測電阻壓降來測量漏極電流。但是，我們不建議您這樣做，因為電阻將會調(diào)制控制器地線端，影響器件的正常工作。購買電流探針時必須考慮兩大因素，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)計中測量的峰值電流。例如，在RDR-91 所介紹的12 W 設(shè)計中，次級側(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 安培的標準電流探針，來測量本設(shè)計中的大部分電流波形。不過，在測量啟動時的峰值浪涌電流或在更高功率的設(shè)計中進行測量時，可能需要選擇額定值更高的電流探針，以取得準確結(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)傳感器來測量交流及直流電流的有源器件。它們需要使用一個相匹配的探針放大器，它可以是獨立單元，但新型示波器通常都是內(nèi)置的。交流電流探針是簡單的電流變壓器，不需要探針放大器，但它們無法測量直流電流的大小。直流電流探針更適合于電力電子裝置，因為它們具有更為廣泛的測量應(yīng)用。例如，直流電流探針可用于測量和分析負載，也可用于測量降壓式轉(zhuǎn)換器等其它拓撲結(jié)構(gòu)中的電感電流。如果您不確定使用直流電流探針會給自己增加多少額外成本，則可選用交流電流探針，因為它可用于大約80%的典型電源測量，其中包括漏極電流波形的測量。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。
漏極電流測量所需設(shè)置
測量漏極電流時，您首先需要為要放入電路的電流探針插一個線環(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箝位電路的任意元件之間的印刷電路板漏極節(jié)點走線上，制造一個斷路點。將小線環(huán)圍繞您剛才制造的斷路點進行焊接。為了降低噪音耦合和漏感，這個線環(huán)應(yīng)能僅僅容納電流探針與其夾接即可。
在進行EMI 測量之前，應(yīng)隨時拆除電流環(huán)，以免它充當環(huán)形天線，耦合高頻噪音，從而導(dǎo)致EMI性能下降。[!--empirenews.page--]
電流測量所需的示波器設(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，下面我們將分別進行介紹。
直流探針設(shè)置程序
使用直流探針時，請檢查探針放大器所需的示波器輸入阻抗為多少。大多數(shù)探針放大器都需要阻抗值為50 歐姆。如果示波器沒有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，則可以自動適配。接下來，用放大器上的按鈕或設(shè)置對探針進行消磁。在消磁之前，確保探針與電路斷開連接，否則會產(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，使其與探針放大器的輸出相匹配;調(diào)整探針放大器上的直流偏置水平，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，請檢查示波器上的輸入阻抗是否與探針所需的阻抗相符。大多數(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。請查閱電源設(shè)計中所用Power Integrations 器件的數(shù)據(jù)手冊，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分區(qū)的清晰度。電源開始運行后，根據(jù)需要調(diào)整增益并進行測量。電源開始運行后，您將會看到交流探針的輸出是以
接地點為中心的交流信號。通過調(diào)整示波器上的一些設(shè)置，您可以使交流探針信號看起來像是來自直流探針的輸出。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的電流水平。接下來，不管是交流探針還是直流探針，都需要檢查您在電源運行時獲得的電流波形。調(diào)整探針放大器的增益和示波器的時基，以便獲得一個清晰可測的波形。使用交流探針時，調(diào)整增益則會調(diào)整整個波形，并需要您再次調(diào)整直流偏置，重新以接地點為中心。注意，RDR-91 所介紹的設(shè)計范例是使用TinySwitch-III 器件
設(shè)計的，該器件采用了開/關(guān)控制技術(shù)。PWM 控制結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品通過控制占空比來控制功率傳遞，而開/關(guān)控制技術(shù)則是通過跳過整個周期來實現(xiàn)的。這會使設(shè)計看似不穩(wěn)定，但實際上，這是產(chǎn)品的正常工作方式。如果看到波形反相，則說明電流探針上的箭頭指向了錯誤的方向。變換電流探針在電流環(huán)上的方向。探針進行連接并正確配置后，反激式設(shè)計中的漏極電流波形應(yīng)當在大約100 納秒內(nèi)直線降至零。調(diào)整交流探針(左)的輸出，使其與直流探針
(右側(cè))的輸出相符
如果看到波形的電流下降時間明顯長于該值，請檢查電流環(huán)是否插在正確的測量點上。如果電流環(huán)插在變壓器引腳與箝位元件之間，探針仍會測量出流入箝位電路的電流。注意，電流探針將引起電流波形的延遲顯示。對于帶
寬為50 MHz 的探針，該延遲時間通常為10 到15 納秒。在測量開關(guān)損耗或?qū)﹄娏鞑ㄐ闻c其它屏幕波形進行時間敏感性比較時，需要考慮延遲因素?，F(xiàn)在就可以測量出漏極電流了。[!--empirenews.page--]
漏極電壓測量所需設(shè)置
測量 MOSFET 上的開關(guān)電壓時，需要使用一個電壓達100 倍的探針，額定電壓至少為1000 V。用于查看漏極電壓波形的示波器與探針的帶寬都應(yīng)為100 MHz 或更大。在將探針連接到電路之前，需要先確保它得到了正確補償。首先，將電壓探針連接到示波器。將探針連接到示波器的補償終端，然后調(diào)節(jié)示波器電壓和時基設(shè)置，使測試信號的上升沿和下降沿填充到屏幕上。現(xiàn)在，使用隨探針一起提供的非金屬性探針調(diào)節(jié)工具，來調(diào)節(jié)補償電容，直到波
形上的任何下沖或過沖都降至最小。電流環(huán)路放置不當所形成的其它電流路徑欠補償?shù)奶结?過補償?shù)奶结?正確補償?shù)奶结樥{(diào)節(jié)補償電容以減小過沖或下沖調(diào)節(jié)探針補償非常重要，因為這樣可以確保獲得最為準確的電壓測量結(jié)果。例如，右圖所示為分別使用欠補償、過補償和正確補償?shù)奶结樀玫降南嗤O電壓波形的三種測量結(jié)果。在兩個補償不當?shù)奶结樕?，測得的峰值漏極電壓與正確的峰值漏極電壓的差值超過50 V，欠補償探針的差值則超過100 V。此外，還應(yīng)使用一個經(jīng)過校準的數(shù)字萬用表和示波器來測量固定直流電壓，用來檢驗示波器自身的校準度。由于高壓探針在測量低壓時多少都有些失準，因此最好使用高壓供電源來進行這種比較。如果沒有高壓供電源，建立一個固定的高壓直流電的最簡單方法是，使用大容量電容來整流高壓交流電并對它進行濾波。在本例中，我們使用一個22 uF 電容對265 伏交流電輸入進行整流和濾波。
在本例中，萬用表的電壓讀數(shù)為374 伏直流電，而示波器的讀數(shù)為376 伏直流電。這樣，您就可以對后面測量結(jié)果的準確性充滿信心。
記得在完成本測試后，對電容進行安全放電。接下來，將示波器探針連接到漏極節(jié)點，然后將接地線夾到源極引腳上。為了降低噪聲干擾，請在將接地線連接到電路板之前，先使它纏繞探針，以減小環(huán)路面積。對電容進行安全放電 用接地線纏繞電壓探針開啟電源，然后調(diào)節(jié)示波器的垂直增益和時基，使漏極電壓波形能夠清晰顯示。在大多數(shù)穩(wěn)定性測量中，都會在電壓波形的下降沿觸發(fā)示波器。最后，將示波器的數(shù)字化采樣率設(shè)置為盡可能高的非重復(fù)值。此外，將示波器和輸入通道設(shè)置到最大帶寬，然后關(guān)斷示波器提供的所有額外濾波。這些步驟將確保獲得盡可能高的準確度。在測量峰值漏極電壓以確保測量準確度時，采用高示波器帶寬顯得特別重要。例如，這里是分別使用20MHz、100 MHz 和250 MHz 帶寬測量出的三個峰值電壓?？梢钥闯觯?0 MHz 與250 MHz 帶寬測量值之間的峰值電壓差值超過3V。對于漏極電壓的關(guān)鍵性測量，例如當峰值電壓的絕對值非常重要時,可以將示波器探棒替換為紋波探針，以便獲得最佳測量結(jié)果。這樣可以減小探針接地線的環(huán)路面積，降低噪聲干擾。使用紋波探針測得的峰值電壓通常會低5 到10 伏。現(xiàn)在就可以測量出漏極電壓了。不同電壓測量中獲得的不同示波器帶寬結(jié)果使用紋波探針可以獲得最準確的測量結(jié)果。
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