随着电子产品对开关电源需求不断增长，下一代开关电源的功率损耗测量分析也越来越重要。本文介绍如何将数字荧光示波器和功率测量软件结合起来，迅速测定开关电源的功率损耗，并轻松地完成各项所需的测量和分析任务。

    高速ghz级处理器需要新型开关电源(smps)提供高电流和低电压，这给电源设计人员在效率、功率密度、可靠性和成本等方面增加了新的压力。为了在设计中考虑这些需求，设计人员纷纷采用同步整流技术、有源功率滤波校正和提高开关频率等新型体系结构，但这些技术也随之带来了一些新的难题，如开关上较高的功率损耗、热耗散和过度的emi/emc等。

    从“关”(导通)至“开”(关断)状态转换期间，电源会出现较高的功率损耗；而处于“开”或“关”状态之中开关功率损耗则较少，因为通过电源的电流或电源上的电压很小。电感器和变压器可隔离输出电压并平滑负载电流，但电感器和变压器也易受开关频率的影响，从而导致功率耗散和偶尔由于饱和而造成故障。

    功率损耗分析

    由于开关电源内部消耗的功率决定了电源热效应的总体效率，所以测定开关装置和电感器/变压器的功率损耗是一项极为重要的测量工作，它可测定功率效率和热耗散。

    设计人员在精确测量和分析各种设备的瞬时功率损耗时，会面临下面一些困难：

    * 需要测试装置对功率损耗进行精确测量

    * 如何校正电压和电流探头传导延迟所造成的误差

    * 如何计算非周期性开关变化的功率损耗

    * 如何分析负载动态变化期间的功率损耗

    * 如何计算电感器或变压器的磁芯损耗

    测试装置

    图1为开关变换简化电路图，mosfet场效应功率晶体管在40khz时钟激励下控制着电流。图中的mosfet没有与ac馈电线接地或电路输出接地的连接，即与地隔离，因此无法用示波器进行简单的接地参考电压测量。因为若把探头的接地导线连接在mosfet任何端子上，都会使该点通过示波器与地短路。

    在这种情况下，差分测量是测量mosfet电压波形的最好方法。通过差分测量，可测定vds即mosfet漏极和源极的电压。vds可在电压之上浮动，电压范围为几十伏至几百伏，这取决于电源的电压范围。可通过下面几种方法测量vds：

    1. 悬浮示波器的机箱地线。建议不要使用，因为这样不安全，对用户、被测设备和示波器都有危险。

    2. 使用两个常规单端无源探头，将其接地导线连接在一起，然后用示波器的通道计算功能进行测量。这种测量法叫做准差分测量，虽然无源探头可与示波器的放大器结合使用，但缺少避免共模电压“共模抑制比”(cmrr)功能。这种设置不能准确测量电压，不过可使用已有的探头，不必购买新配件。

    3. 购买一个探头隔离器隔离示波器机箱接地。探头接地导线将不再为接地电位，并可将探头与测试点直接连接。探头隔离器是一种有效的解决方案，但比较昂贵，其成本是差分探头的二至五倍。

    4. 在宽带示波器上使用真正的差分探头。可通过差分探头精确地测量vds，这也是最好的方法。

    通过mosfet进行电流测量时，先将电流探头夹好，然后微调测量系统，许多差分探头都装有内置的直流偏移微调电容器。关闭被测设备，待示波器和探头完全预热后，可设定示波器测量电压和电流波形的平均值。敏感度设置应使用实际