开关损耗测量中的注意问题与影响因素解析

功率损耗是开关器件性能评估的重要环节，也是很多示波器付费选配的高级功能。虽然很多实验室配备了功率损耗测量环境，对设备和探头也投入不菲，但如果工程师忽略了探头之间的时间偏移，测试结果很可能会随之失去意义。

一、开关损耗测量中应考虑哪些问题

在实际的测量评估中，我们用一个通道测量电压，另一个通道测量电流，然后软件通过相乘得到功率曲线，再通过时间区间的积分得到最终的结果。

这其中要注意的两点：

保证示波器和探头带宽充足，准确获取开关器件在开通和关断过程中的波形；

精确测量相位，保证电压和电流的对应关系。

带宽充足比较好理解，但我们该如何保证电压和电流的对应关系呢？

二、时间偏移对测量结果的影响

当电压通道和电流通道之间存在时间偏移时，测量结果明显偏高或偏低，而器件的开关速度越快，偏移的影响就越明显。图1为MOS管的关断损耗测量原理图，由此可见，只有经过校正以后，才能得到正确的测量结果。值得注意的是，由于电压探头和电流探头的实现原理和探头传输电缆长度的差异，这种偏移是普遍存在的。

图1 通道间的偏移对测量结果的影响

三、如何对通道偏移进行校正

如图2所示，偏移校正夹具可以直接校正电压探头和电流探头之间的时间偏移。其基本原理是夹具产生一组相位差为零的电压和电流的脉冲信号同时作用在电压和电流探头上，通过示波器观察脉冲信号经过探头后的时间偏移，并在示波器上校正偏移时间。

该夹具通过USB接口供电，使用简单方便。时间偏移的校正可以手动或自动进行。使用偏移校正夹具，校正前后的波形分别如图3和图4所示。

图2 ZDF1000偏移校正夹具

图3 偏移校正前的波形

图4 偏移校正后的波形

四、延长线对传输延迟的影响

除了执行偏移校正，在实际测量中，还应注意延长线的影响，典型的测试示意图如图5所示。由于电流钳通常无法直接在PCB板上测量电流，此时电流需通过延长线引出，延长线会引入传输延迟，普通铜线延长线可按33.5ps/cm进行计算，并通过示波器的延迟校正参数进行补偿。

同样的，电压探头的延长线也会带来传输延迟，可根据实际测量中的超前滞后关系，对应调整延迟校正参数进行补偿。以图5为例，假设延长线的长度为100cm，则电流通道的延迟时间为：33.5ps/cm×100 cm=3.35ns。在使用偏移校正夹具完成校正后，应调整电流通道的延迟校正时间，使其比电压通道超前3.35ns。

图5 典型的测试示意图

五、总结

通过以上分析可以看出：在使用示波器进行开关损耗测量时，除了保证波形测量准确之外，还须留意通道之间的时间偏移，这种由探头引入的时间偏移会为测量本身引入较大的误差。因此，在准确评估功率损耗时，一定要使用偏移校正夹具对通道延迟进行校正。