高級功率測量和分(fēn)析：4/5/6-PWR

通過 4/5/6 系列 MSO 上的高級功率測量和分(fēn)析功能(néng)，更深入地了解電(diàn)源系統。示波器、分(fēn)析軟件與各種電(diàn)壓探頭和電(diàn)流探頭相結合，即使您不是功率轉換專家，也能(néng)自動執行精(jīng)确的功率系統測量。示波器中(zhōng) 的 12 位模數轉換器提供了高精(jīng)度測量數據，手勢開合/滑動/縮放觸控界面則可(kě)以簡便地管理(lǐ)測量數據。豐富的圖形功率分(fēn)析工(gōng)具(jù)、高通道數和大型高清顯示器可(kě)提供全面的功率系統視圖。這些儀器支持各種電(diàn)壓和電(diàn)流探頭，包括前沿的 IsoVu™ 光隔離電(diàn)壓探頭。IsoVu 探頭出類拔萃的共模抑制比與高級功率測量和分(fēn)析軟件的自動測量功能(néng)相結合，可(kě)以有(yǒu)效優化最新(xīn)的 GaN 和 SiC 設計。

主要測量

• 輸入測量
  • 功率測量真實功率、視在功率、功率因數和相位角
  • 總諧波失真和波峰因數測量
  • 諧波測量、柱狀圖和表格
  • 幅度可(kě)以簡便地測量每個周期的電(diàn)壓或電(diàn)流，包括最小(xiǎo)值、最大值、幅度和峰峰值
  • 輸入電(diàn)容使用(yòng)電(diàn)壓和電(diàn)流信号測量電(diàn)容值
  • 湧入電(diàn)流測量峰值電(diàn)流
• 開關器件測量
  • 開關損耗測量開關器件中(zhōng)的啓動損耗、關閉損耗和傳導損耗
  • 安(ān)全作(zuò)業區(qū) (SOA)提供了可(kě)以量身定制的安(ān)全作(zuò)業區(qū)模闆測試功能(néng)。
  • 定時分(fēn)析可(kě)以使用(yòng)脈寬、占空比、頻率或周期的趨勢圖或直方圖，簡便地分(fēn)析脈寬調制的開關信号
  • RDS(on) 測量開關器件處于 On 狀态時的動态電(diàn)阻
• 磁性分(fēn)析測量（僅在 5/6-PWR 中(zhōng)提供）
  • 電(diàn)感測量磁芯的電(diàn)感
  • 磁性特點測量并繪制電(diàn)感器 B - H 曲線(xiàn)。
  • 磁性損耗測量和計算總磁性損耗
  • I 相對于 ∫V 關系顯示了I 和 ∫V 波形圖
• 輸出測量
  • 工(gōng)頻紋波測量與輸入工(gōng)頻頻率有(yǒu)關的 AC 信号能(néng)量。
  • 開關紋波測量與開關頻率有(yǒu)關的 AC 信号能(néng)量。
  • 效率把測得的輸出功率除以測得的輸入功率，來測試電(diàn)源效率
  • 啓動時間測量被測器件的輸入電(diàn)壓變成“高”到輸出電(diàn)壓到達穩定狀态之間的時延。
  • 關閉時間 測量從被測器件的輸入電(diàn)壓變成零狀态到輸出電(diàn)壓變成零狀态之間的時延。
• 頻率響應測量（僅在 5/6-PWR 中(zhōng)提供）
  • 控制環路響應（博德(dé)圖） 繪制閉環電(diàn)路的頻率和相位響應，自動計算增益和相位裕量。
  • 電(diàn)源抑制比 (PSRR) 分(fēn)析 DC-DC 轉換器的紋波抑制功能(néng)。
  • 阻抗分(fēn)析通過使用(yòng)示波器啓用(yòng)對配電(diàn)網絡 (PDN) 的 2 端口阻抗測量。

主要功能(néng)

• 使用(yòng) 4/5/6 系列 MSO 的手勢開合/滑動/縮放觸控界面，增加、配置和删除自動測量。
• 自動生成報告，在單個可(kě)編輯的 mht 文(wén)件或 pdf 文(wén)件中(zhōng)簡便地存檔測試結果，包括測量、測試結果和示圖
• 使用(yòng)選配的集成任意波形/函數發生器進行頻率響應分(fēn)析（僅在 5/6-PWR 中(zhōng)提供）。還支持外置 AFG31000 系列函數發生器。
• 各種電(diàn)壓探頭和電(diàn)流探頭，包括一流的 IsoVu 光隔離電(diàn)壓探頭，滿足各種應用(yòng)需求
• 通過遠(yuǎn)程接口配置任何測量，傳送任何結果，實現自動測試

輸入分(fēn)析

功率質(zhì)量測量、電(diàn)流諧波、輸入電(diàn)容和湧入電(diàn)流是在電(diàn)源輸入部分(fēn)經常進行的四種測量，以分(fēn)析電(diàn)源對電(diàn)源工(gōng)頻的影響，評估電(diàn)源在各種工(gōng)頻條件下的性能(néng)。

電(diàn)源質(zhì)量

這些測量是為(wèi)工(gōng)頻頻率優化的，通常在電(diàn)源的 AC 工(gōng)頻輸入上執行。它們可(kě)以快速查看輸入的功率及失真水平。

測量包括：

• RMS 電(diàn)壓和電(diàn)流

• 頻率

• 真實功率、視在功率和無功功率

• 功率因數

• THD 和波峰因數

功率質(zhì)量測量提供了多(duō)種格式的信息。數值結果 (右上角)、表格 (上方)及瞬時功率波形和能(néng)量圖(下方)

諧波

輸入上帶有(yǒu)非線(xiàn)性器件（如整流器）的任何電(diàn)源對 AC 線(xiàn)路都會表現為(wèi)非線(xiàn)性負載。如果沒有(yǒu)緩解措施，諧波能(néng)量過高會影響與電(diàn)源線(xiàn)相連的其他(tā)設備的運行，提高傳送電(diàn)力的成本。這會導緻電(diàn)源線(xiàn)供電(diàn)的設備産(chǎn)生标準限制諧波。

高級功率測量和分(fēn)析包括 IEC61000-3-2、AM 14 和 MIL- STD-1399 标準等測試極限，幫助您在投入正式一緻性測試前進行預一緻性測試。它以圖形格式和表格格式顯示高達 100 階諧波，讓您輕松浏覽測試列表，獲得任何一個諧波的細節。

諧波柱狀圖、諧波結果表、通過結果列表浏覽功能(néng)(右上方)

輸入電(diàn)容和湧入電(diàn)流測量

4-PWR-BAS、5-PWR 和 6-PWR 提供了峰值湧入電(diàn)流和電(diàn)容測量功能(néng)，可(kě)以測試運行中(zhōng)的開關電(diàn)源。

湧入電(diàn)流、輸入浪湧電(diàn)流或開關浪湧是電(diàn)器件第一次開機時吸收的最大瞬時輸入電(diàn)流。功率轉換器和湧入電(diàn)流要超過其穩态電(diàn)流，這源于輸入電(diàn)容的充電(diàn)電(diàn)流。測量湧入電(diàn)流和輸入電(diàn)容具(jù)有(yǒu)重要意義，以确保設計高效運行。

使用(yòng)橫貫功能(néng)測量輸入電(diàn)容和湧入電(diàn)流

開關分(fēn)量分(fēn)析

随着人們要求實現更高的功率轉換效率和更高的可(kě)靠性，準确地計算和評估電(diàn)源中(zhōng)的能(néng)量損耗變得越來越關鍵。

開關損耗測量

盡管電(diàn)源的大多(duō)數組件都會産(chǎn)生能(néng)量損耗，但開關式電(diàn)源 (SMPS) 中(zhōng)明顯的能(néng)量損耗部分(fēn)發生在開關晶體(tǐ)管從關閉 (T_off) 狀态變成打開 (T_on) 狀态時或反之（關閉損耗）。通過測量經過開關器件的電(diàn)壓下跌及流經開關器件的電(diàn)流，高級電(diàn)源分(fēn)析功能(néng)自動計算每個周期的開關損耗指标。

直到最近，在半橋開關階段的高側進行開關測量幾乎是不可(kě)能(néng)的。任何相對于開關節點的測量，包括高側V_DS和經過電(diàn)流并聯裝(zhuāng)置的電(diàn)壓，都會受到施加在差分(fēn)信号上明顯的共模電(diàn)壓信号産(chǎn)生的失真影響。這個問題在寬禁帶器件中(zhōng)會更加糟糕，如 GaN 和 SiC 晶體(tǐ)管，因為(wèi)開關頻率會提高，必需優化新(xīn)的設計。

4/5/6 系列 MSO 是為(wèi)用(yòng)于 IsoVu 光隔離探頭設計的，即使存在高共模信号時，設計人員仍能(néng)執行準确的開關測量。

開關損耗顯示了 FET 中(zhōng)的功耗。波形用(yòng)帶顔色編碼的标記标注，表明 T_on、T_off和總周期的測量區(qū)域，與結果标簽中(zhōng)的值相對應。結果标簽中(zhōng)的控制功能(néng)可(kě)以簡便地翻查各個周期的數據。

開關損耗測量包括專門設置，在有(yǒu)源功率因數校正階段生成穩定的、可(kě)重複的測量，并回掃轉換器。

您可(kě)以使用(yòng)軌迹圖，概括了解捕獲的所有(yǒu)周期的開關損耗。它自動繪制打開和關閉過程中(zhōng)經過開關的電(diàn)壓相對于經過開關的電(diàn)流關系圖，您可(kě)以一目了然地判斷所有(yǒu)周期的開關損耗範圍。

開關損耗軌道圖（上方窗口）在一個示圖中(zhōng)顯示了所有(yǒu)開關周期的 T_on 損耗和 T_off 損耗。

安(ān)全作(zuò)業區(qū)

安(ān)全作(zuò)業區(qū)(SOA)圖示為(wèi)評估開關器件、确保壓力不會超出最大指标提供了一種圖形技(jì )術。可(kě)以使用(yòng)SOA測試，驗證各種工(gōng)作(zuò)條件下的性能(néng)，包括負載變化、溫度變化以及輸入電(diàn)壓變化。模闆測試還可(kě)以與 SOA 示圖一起使用(yòng)，自動完成驗證。

安(ān)全作(zuò)業區(qū)(SOA)圖及模闆幫助檢驗開關器件在變化的工(gōng)作(zuò)條件下位于SOA包絡内。

RDS_(on)

這一測量表征開關器件啓動并傳導電(diàn)流的傳導過程中(zhōng)的電(diàn)阻。動态開點電(diàn)阻是啓動時經過器件的電(diàn)壓與流經器件的電(diàn)流之比。該軟件确保高亮顯示及放大采集中(zhōng)的最小(xiǎo) RDS_on值，以方便查看。此外，橫貫功能(néng)幫助您從周期間值移動到各自的 RDS_on值。

RDS_(on) 測量

磁性分(fēn)析（僅在 5/6-PWR 中(zhōng)提供）

支持以下測量：

• 電(diàn)感
• 磁性特點包括 BH 曲線(xiàn)
• 磁損耗
• I 相對于 ʃV 關系圖

磁性器件是任何電(diàn)源系統的重要組成部分(fēn)。電(diàn)感器和變壓器在開關式電(diàn)源和線(xiàn)性電(diàn)源中(zhōng)都作(zuò)為(wèi)能(néng)量貯存設備使用(yòng)。某些電(diàn)源還在輸出階段的濾波器中(zhōng)使用(yòng)電(diàn)感器。考慮到其在系統中(zhōng)發揮着重要作(zuò)用(yòng)，必須表征這些磁性器件，确定電(diàn)源的穩定性和整體(tǐ)效率。

電(diàn)感

電(diàn)感器的阻抗會随着頻率提高而提高，頻率越高，阻抗越高。這種特點稱為(wèi)電(diàn)感，用(yòng)亨利為(wèi)單位。可(kě)以使用(yòng)高級功率測量和分(fēn)析軟件，自動測量電(diàn)感。

磁損耗

分(fēn)析磁功率損耗對準确地表征開關電(diàn)源的效率、可(kě)靠性和性能(néng)至關重要。高級功率測量和分(fēn)析軟件測量感性總磁性功率損耗，如下圖所示。

B-H 圖

磁性材料的特點用(yòng)磁通量密度(B)、磁場強度(H)和材料的磁導率(μ)來描述。B-H 圖通常用(yòng)來檢驗開關電(diàn)源中(zhōng)磁元素的餓和度(或缺失度)，用(yòng)來衡量磁芯材料中(zhōng)單位體(tǐ)積損失的能(néng)量。高級功率測量和分(fēn)析軟件測量經過磁元素的電(diàn)壓及流經磁元素的電(diàn)流，繪制 B 相對于 H 關系圖，如下圖所示。您可(kě)以同時測試變壓器中(zhōng)多(duō)個二級線(xiàn)圈，從而确保更快的驗證/測試時間，進而加快産(chǎn)品開發周期。

I 相對于 ∫V 關系圖

I 相對于 ∫V 關系圖可(kě)以了解與電(diàn)壓和電(diàn)流成正比的B 和 H 值。這是電(diàn)壓和電(diàn)流波形的積分(fēn)，采用(yòng) X-Y 示圖格式，如下圖所示。

B-H 曲線(xiàn)、I 相對于 ʃV 關系及電(diàn)感圖，進行磁性分(fēn)析測量

輸出分(fēn)析

DC 輸出電(diàn)源的最終目标是把輸入功率轉換成一個或多(duō)個DC 輸出電(diàn)壓。開關電(diàn)源最重要的輸出測量是工(gōng)頻紋波和開關紋波。

工(gōng)頻和開關紋波

電(diàn)源的 DC 輸出質(zhì)量應該幹淨，擁有(yǒu)最小(xiǎo)的 AC 噪聲和紋波。高級功率測量和分(fēn)析軟件測量紋波，幫助您隔離原因。線(xiàn)路紋波測量指明與輸入工(gōng)頻有(yǒu)關的 AC 信号數量 (因為(wèi)輸入經過整流，所以工(gōng)頻紋波通常是 AC 線(xiàn)路頻率的兩倍)。開關紋波測量與開關頻率有(yǒu)關的AC信号量。

紋波分(fēn)析幫助把工(gōng)頻紋波與更高頻的開關噪聲區(qū)分(fēn)開來。

效率

在當今激烈競争的環境中(zhōng)，器件或産(chǎn)品效率是一個關鍵的差異化指标。高級功率測量和分(fēn)析軟件可(kě)以簡便地測量産(chǎn)品的功率轉換效率(AC-DC, AC-AC, DC-DC, DC-AC)。

它可(kě)以一次測試多(duō)個輸出上的功率效率，加快測試和驗證速度。您可(kě)以獨立配置每個輸出。

效率測量

效率測量配置可(kě)以測試多(duō)輸出功率轉換器件(AC-DC, AC-AC, DC-DC 和 DC-AC)

啓動時間和關閉時間

啓動時間是指在啓動輸入電(diàn)壓後，輸出電(diàn)壓到達穩定狀态所用(yòng)的時間。

關閉時間是指關閉輸入電(diàn)壓後，輸出到達零狀态所用(yòng)的時間。

SMPS 應在規定的啓動時間和關閉時間上運行，這一點異常重要。如果市電(diàn)與 SMPS 啓動之間的時延與設計（一般為(wèi) 1 ms）不符，那麽它可(kě)能(néng)會擾亂某些靈敏負載的運行。大多(duō)數嵌入式系統使用(yòng)不止一個電(diàn)源，許多(duō)嵌入式系統使用(yòng)多(duō)個輸出。

4-PWR-BAS、5-PWR 和 6-PWR 自動進行這一測量，同時支持最多(duō) 5 個輸出（4 系列 MSO）或最多(duō) 7 個輸出（5 系列 MSO），或最多(duō) 3 個輸出（6 系列 MSO）。

啓動時間測量

關閉時間測量

啓動時間測量配置支持多(duō)個輸出設備

關閉時間測量配置支持多(duō)個輸出

頻率響應分(fēn)析（僅在 5/6-PWR 中(zhōng)提供）

控制環路響應分(fēn)析（博德(dé)圖）、電(diàn)源抑制比 (PSRR) 和阻抗測量提供關鍵測量，确保實現穩定的低噪聲電(diàn)源設計。雖然使用(yòng)矢量網絡分(fēn)析儀或專用(yòng)頻響分(fēn)析儀可(kě)以實現這種分(fēn)析，但這些儀器要求大量的設置時間和很(hěn)長(cháng)的學(xué)習周期。高級功率測量和分(fēn)析功能(néng)可(kě)以直接在 5 和 6 系列 MSO 上進行頻響分(fēn)析，利用(yòng)選配的内置或外部任意波形/函數發生器的優勢。

控制環路響應 (博德(dé)圖)

通過博德(dé)圖和增益/相位裕量測量，設計人員可(kě)以确定電(diàn)源控制環路的穩定性。控制環路不穩定，會導緻振動和效率下降。濾波器設計人員還使用(yòng)幅度和相位示圖測試濾波器設計。

自動控制環路響應測量使用(yòng)内置 AFG，為(wèi)掃描指定頻率範圍提供了單一來源，并繪制每個點上的幅度和相位圖。信号使用(yòng)注入變壓器引入到控制環路中(zhōng)，比如 Picotest 的 J21xxA 型變壓器。得到的增益和相位圖 (波德(dé)圖)用(yòng)來自動計算增益和相位裕量。光标可(kě)以查看曲線(xiàn)中(zhōng)任意頻率上的增益和相位值。

通過控制環路響應測量配置，用(yòng)戶可(kě)以設置 START 和 STOP 頻率，選擇恒定/幅度特點、阻抗和每10 Hz 的點數，以更好地繪制示圖。

控制環路響應 (博德(dé)圖) 繪制增益和相位相對于頻率關系圖，計算增益裕量和相位裕量。

電(diàn)源抑制比 (PSRR)

通過 PSRR 測量，DC-DC 轉換器和穩壓器設計人員可(kě)以量化器件在規定頻率範圍内衰減 AC 的能(néng)力。這項測試使用(yòng) 5/6 系列 MSO 選配的内置函數發生器或外部 Tektronix AFG31000 函數發生器，及注入變壓器（如 Picotest J2120A Line Injector）來調制穩壓器輸入。系統自動測量被調制的輸入和輸出上的 AC 電(diàn)壓。它使用(yòng)下述公(gōng)式計算掃描的頻帶内每個頻率上的抑制比：20Log (V_in/V_out)，用(yòng)示圖表示結果。

電(diàn)源抑制比 (PSRR) 繪制抑制比随頻率變化，并标出最小(xiǎo)值和最大值

通過測量控制回路響應和電(diàn)源抑制比，您能(néng)夠設置默認内部 AFG 或外部 AFG31000 系列的 START（開始）和 STOP（停止）頻率。還使您能(néng)夠選擇常數/幅度輪廓、阻抗和每 10 倍頻率範圍内的測試點數，以獲得更好的繪圖渲染效果

阻抗

2 端口阻抗測量使設計人員能(néng)夠在指定的頻率範圍内驗證其配電(diàn)網 (PDN) 的阻抗。這項測試使用(yòng) 5/6 系列 MSO 的可(kě)選内置函數發生器或外部 Tektronix AFG31000 系列函數發生器，及電(diàn)源分(fēn)路器、注入變壓器（如 Picotest J2102A 或 J2113A Line Injector）來測量 PDN 網絡的阻抗。系統自動計算掃頻帶各頻率的阻抗，并繪制結果圖。建議使用(yòng) TPR1000/4000 電(diàn)源紋波探頭、P6150 探頭或直接 SMA 連接。

顯示峰值阻抗點值的阻抗測量（包括結果表和結果标記）。

智能(néng)探頭提供了準确的結果

降低噪聲和消除探測誤差，是改善功率系統測量精(jīng)度途徑之一。4/5/6 系列 MSO 及高級功率測量和分(fēn)析軟件支持各種探頭，幫助滿足不同的測量需求，并包括多(duō)種專門設計的功能(néng)，幫助最大限度地減少探測問題。

系統使用(yòng)擁有(yǒu) TekVPI 接口的電(diàn)壓探頭和電(diàn)流探頭，支持在探頭和示波器之間通信。探頭可(kě)以把标度設置自動傳送給示波器。在相應的探頭上，可(kě)以控制距示波器前面闆的距離，探頭可(kě)以傳送錯誤狀況，如下巴部分(fēn)張開或電(diàn)流探頭需要消磁。

對關鍵定時測量，如開關損耗，分(fēn)析軟件可(kě)以查詢電(diàn)壓或電(diàn)流探頭，使用(yòng)标稱時延值，消除時延，同步電(diàn)壓波形和電(diàn)流波形，獲得準确的可(kě)重複的結果。

系統兼容 IsoVu 隔離測量系統。這些差分(fēn)探測系統提供了全面光隔離功能(néng)、高達 1 GHz 的帶寬及超高共模抑制比，特别适合功率系統中(zhōng)的 V_GS, V_DS或 V_SHUNT測量。在優化采用(yòng)寬禁帶開關器件的設計方面，如 GaN 或 SiC 晶體(tǐ)管，IsoVu 探頭無人能(néng)敵。

自動生成報告

數據采集、歸檔和文(wén)檔管理(lǐ)可(kě)能(néng)會非常繁瑣，但在設計開發流程中(zhōng)非常關鍵。4-PWR-BAS、5-PWR 和 6-PWR 分(fēn)析軟件包括一個自動報告生成器，可(kě)以方便地進行通信和保留記錄。隻需按幾個按鈕，就可(kě)以生成一份報告，顯示所有(yǒu)有(yǒu)效的測量。增加圖示或追加額外測試，量身定制報告。報告以可(kě)編輯的 .mht 文(wén)件提供，或以 .pdf 文(wén)件提供。下面顯示了報告樣本。