用于輔助電路分析的示波器數(shù)學(xué)功能

1.數(shù)字示波器的數(shù)學(xué)通道可以幫助你分析熱插拔電路和負(fù)載切換電路。

2.集成MOSFET的MAX5976熱插拔器件包含了一個(gè)內(nèi)置MOSFET開關(guān)元件，并有電流檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路，構(gòu)成了一個(gè)完整的功率開關(guān)電路。

3.選擇示波器探頭時(shí)，使VDS為通道2與通道1之間的差值，并用電流探頭測(cè)量漏極電流。

4.阻性負(fù)載會(huì)拉取并未存儲(chǔ)在電容中的電流，從而降低這些電容測(cè)量的精度。但對(duì)于快速測(cè)量，這些結(jié)果還是有用的。

大多數(shù)工程實(shí)驗(yàn)室都有數(shù)字示波器，但很多工程師并沒有完全用到它們的功能。一臺(tái)數(shù)字示波器最有意思的功能是它的數(shù)學(xué)通道，它可以幫助你分析熱插拔與負(fù)載切換電路。數(shù)學(xué)功能可以得出有關(guān)熱插拔電路參數(shù)的詳細(xì)信息，幫助你做設(shè)計(jì)和查錯(cuò)。例如，你可以使用示波器的數(shù)學(xué)功能計(jì)算負(fù)載電容，這可以揭示出一只MOSFET在上電或斷電時(shí)的瞬時(shí)功耗。

示波器設(shè)置

為了給出一個(gè)有關(guān)數(shù)學(xué)功能使用的概念，我們考慮集成了MOSFET的MAX5976熱插撥器件。它包括一個(gè)內(nèi)置的MOSFET開關(guān)元件，以及電流檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)電路，構(gòu)成一個(gè)完整的功率開關(guān)電路。測(cè)試方法也適用于分立元件制成的熱插拔控制電路。將示波器探頭連接到圖1中的熱插拔電路，使示波器能夠獲得計(jì)算所需要的信號(hào)。電壓探頭連接到電路的輸入和輸出，提供了MOSFET上的電壓降。一個(gè)電流探頭提供了探測(cè)通過(guò)器件負(fù)載電流的最簡(jiǎn)單方法。

這種基本連接方法同樣也適用于非集成式熱插拔電路。將輸入和輸出電壓探頭連接在MOSFET的前后。這些探頭在MAX5976內(nèi)部，但在MAX5978外部。將電流探頭與電路的電流檢測(cè)電阻相串聯(lián)。為了精確地測(cè)得流經(jīng)開關(guān)元件的電流，電流探頭要置于輸入旁路電容后，以及輸出電容前。探頭必須測(cè)量通過(guò)控制器的電流。電容COUT和CIN不能處于控制器與電流探頭之間。

圖1，將電壓探頭跨接在一只MOSFET上，測(cè)量VDS(a)，用電流探頭測(cè)量ID(b)。

MOSFET功耗

開關(guān)元件( 典型情況是一只N溝道MOSFET)的功耗是VDS(漏源電壓)與ID(漏極電流)的乘積。選擇示波器探頭時(shí)，要讓VDS是通道2和通道1之間的差值，并用電流探頭測(cè)量漏極電流。在本例中，示波器是Tektronix公司的DPO3034，它有一個(gè)可通過(guò)高級(jí)數(shù)學(xué)菜單配置的數(shù)學(xué)通道。

在測(cè)量MOSFET功耗時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地輸入一個(gè)式子，將通道2和通道1相減，結(jié)果再乘以電流探頭的信號(hào)。當(dāng)熱插拔電路被使能時(shí)，其輸出電壓以某個(gè)dV/dt轉(zhuǎn)換速率上升到輸入電勢(shì)。負(fù)載電容的充電電流以下式流經(jīng)MOSFET：ID=COUT×(dV/dt)。

在示波器上捕捉這個(gè)起動(dòng)事件，就得到圖2中的波形，其輸出電容為360μF，輸入電壓為12V。熱插拔器件將浪涌電流限制在2A。注意，電源波形是一個(gè)遞減的斜坡，當(dāng)以一個(gè)恒定電流為負(fù)載電容COUT充電時(shí)，波形開始為24W(12V×2A)，當(dāng)輸出升至12V時(shí)降到0W。

圖2，圖1中電路的MOSFET功耗(中間跡線，紅色)，COUT為360μF。熱插拔器件將浪涌電流限制在2A。

測(cè)量會(huì)告訴你，MOSFET的電壓、電流和溫度是否處于其安全的工作區(qū)間。通過(guò)參照MOSFET數(shù)據(jù)表中的有關(guān)圖表， 可以估算出MOSFET結(jié)溫的上升。通過(guò)對(duì)電壓和電流的實(shí)際測(cè)量，直接計(jì)算出功率波形，從而消除了做功耗近似時(shí)固有的誤差。此外，還可以在一個(gè)上電事件期間精確地捕捉到功率波形，此時(shí)浪涌電流和dV/dt都不是穩(wěn)定的(圖3)。COUT為360μF，浪涌電流被箝位在2A。

圖3，在起動(dòng)期間，電壓VDS(上跡線，黃色)和通過(guò)MOSFET的電流ID(下跡線，綠色)都不是恒定的。