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巧用示波器的计算功能分析热插拔电路

导读: 尽管数字示波器是电路实验室中最常见的仪器,但有些功能可能并不为人所熟知,数字示波器的计算功能就是其中之一。其实利用数字示波器的计算功能可以简化对热插拔和负载切换电路的分析。

  简介

  数字示波器的计算功能是数字示波器最有趣的功能之一,可以简化和扩展对热插拔与负载切换电路的分析。巧用示波器的计算功能可以得出负载电容或MOSFET在导通和关断时的瞬时功耗,这些参数对于设计和分析热插拔与负载切换电路非常有意义,如果没有示波器计算功能,这类参数只能做近似估计。

  本篇应用笔记介绍如何利用示波器检测热插拔电路MOSFET功耗和负载电容的精确值。

  设置示波器

  简化起见,我们用图1所示的MAX5976热插拔电路来做演示,其内置的检流功能和带驱动的MOSFET构成了一个完整的电源切换电路(下面的测试方法同样适用于由分立元件搭的热插拔控制电路)。按图1所示方式将示波器探头连至热插拔电路,示波器即可获取计算所需信号,两个电压探头分别接输入和输出,用于检测MOSFET两端压降,电流探头用来检测流过MOSFET的电流。

 

图1. 示波器探头连至MAX5976或MAX5978热插拔电路,示波器则利用测试结果进行计算

  这个基本连接方式同样适用于非集成的热插拔电路。测试输入和输出电压的探头分别接到MOSFET的前面和后面(MAX5976的MOSFET在内部,MAX5978则是外置MOSFET),电流探头要与电路检流电阻串联。为了测到流经开关元件的精确电流值,电流探头应该放在输入电容后,输出电容前的位置。

  MOSFET功耗

  开关器件(通常是n沟道MOSFET)的功耗等于漏极/源极电压差(VDS)与漏极电流(ID)的乘积。图1中,VDS是通道2和通道1的差,ID是电流探头直接测量的结果。我们用的示波器(Tektronix® DPO3034)有一个专门的计算通道,可以通过如下(图2)菜单配置。

 

图2. DPO3034数字示波器的高级计算菜单可以直接编辑计算公式

  通过简单编辑一个公式,实现通道1与通道2之差乘以电流探头测得的值,从而得出MOSFET功耗。当热插拔电路使能后,输出电压以dV/dt的斜率接近输入电压,流经MOSFET的输出电容充电电流(ID)为:

  ID = COUT × dV/dt

  当输出电容为360μF,VIN = 12V时,MOSFET导通瞬间示波器屏幕截图如图3a所示。MAX5976将瞬时浪涌电流限制在2A。注意功率波形是一个下降的斜坡,开始于12V × 2A = 24W,当输出电压升至12V时降至0W,热插拔电路以恒定电流为负载电容充电,这正是我们所期望的。

 

图3a.电路中的MOSFET功耗(红色波形),COUT = 360μF,浪涌电流被限制在2A

 

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