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載切換電路。

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

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

4.阻性負載會拉取并未存儲在電容中的電流，從而降低這些電容測量的精度。但對于快速測量，這些結(jié)果還是有用的。

大多數(shù)工程實驗室都有數(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)的詳細信息，幫助你做設(shè)計和查錯。例如，你可以使用示波器的數(shù)學(xué)功能計算負載電容，這可以揭示出一只MOSFET在上電或斷電時的瞬時功耗。

示波器設(shè)置

為了給出一個有關(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。它包括一個內(nèi)置的MOSFET開關(guān)元件，以及電流檢測與驅(qū)動電路，構(gòu)成一個完整的功率開關(guān)電路。測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算所需要的信號。電壓探頭連接到電路的輸入和輸出，提供了MOSFET上的電壓降。一個電流探頭提供了探測通過器件負載電流的最簡單方法。

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電阻相串聯(lián)。為了精確地測得流經(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。探頭必須測量通過控制器的電流。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，測量VDS(a)，用電流探頭測量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，要讓VDS是通道2和通道1之間的差值，并用電流探頭測量漏極電流。在本例中，示波器是Tektronix公司的DPO3034，它有一個可通過高級數(shù)學(xué)菜單配置的數(shù)學(xué)通道。

在測量MOSFET功耗時，只需要簡單地輸入一個式子，將通道2和通道1相減，結(jié)果再乘以電流探頭的信號。當(dāng)熱插拔電路被使能時，其輸出電壓以某個dV/dt轉(zhuǎn)換速率上升到輸入電勢。負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起動事件，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，電源波形是一個遞減的斜坡，當(dāng)以一個恒定電流為負載電容COUT充電時，波形開始為24W(12V×2A)，當(dāng)輸出升至12V時降到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。

測量會告訴你，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。通過對電壓和電流的實際測量，直接計算出功率波形，從而消除了做功耗近似時固有的誤差。此外，還可以在一個上電事件期間精確地捕捉到功率波形，此時浪涌電流和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，在起動期間，電壓VDS(上跡線，黃色)和通過MOSFET的電流ID(下跡線，綠色)都不是恒定的。