的异常。
对示波器的要求是苛刻的。多种探头- 同时需要单端探头、差分探头以及电流探
头。仪器必须有较大的存储器，以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且
可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。

开关电源基础
    大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源(SMPS)，它因为能
够有效地应对变化负载而众所周知。典型 SMPS 

“

”

的电能 信号通路 包括无源器

件、有源器件和磁性元件。SMPS 尽可能少地使用损耗性元器件（如电阻和线
性晶体管），而主要使用（理想情况下）无损耗的元器件：开关晶体管、电容
和磁性元件。
    SMPS 设备还有一个控制部分，其中包括脉宽调制调节器、脉频调制调节器
以及反馈环路 1 等组成部分。控制部分可能有自己的电源。图 1 是简化的
SMPS 示意图，图中显示了电能转换部分，包括有源器件、无源器件以及磁性
元件。
    SMPS 技术使用了金属氧化物场效应晶体管(MOSFET) 与绝缘栅双极晶体
管(IGBT) 等功率半导体开关器件。这些器件开关时间短，能承受不稳定的电
压尖峰。同样重要的是，它们不论在开通还是断开状态，消耗的能量都极少，
效率高而发热低。开关器件在很大程度上决定了 SMPS 的总体性能。对开关器
件的主要测量包括：开关损耗、平均功率损耗、安全工作区及其他。

准备进行电源测量
    准备进行开关电源的测量时，一定要选择合适的工具，并且设置这些工具，
使它们能够准确、可重复地工作。
示波器当然必须具备基本的带宽和采样速率，以适应 SMPS 的开关频率。电源
测量最少需要两个通道，一个用于电压，一个用于电流。有些设施同样重要，
它们可以使电源测量更容易、更可靠。下面是一部分要考虑的事项：
·仪器能在同一次采集中处理开关器件的开通和断开电压吗？这些信号的比例
可能达到 100000:1。
·有可靠、准确的电压探头和电流探头吗？有可以校正它们的不同延迟的有效方
法吗？
·有没有有效的方法来将探头的静态噪声降至最低？
·仪器能够配备足够的记录长度，以很高的采样速率捕获较长的完整工频波形
吗？
这些特征是进行有意义且有效的电源设计测量的基础。
测量一次采集中的 100 伏和 100 毫伏电压
要测量开关器件的开关损耗和平均功率损耗，示波器首先必须分别确定在断
开和开通时开关器件上的电压。
    在 AC/DC 变流器中，开关器件上的电压动态范围非常大。开通状态下开关
器件上通过的电压取决于开关器件的类型。在图 2 所示的 MOSFET 管中，开
通电压为导通电阻和电流的乘积。在双极结型晶体管(BJT) 和 IGBT 器件中，
该电压主要取决于饱和导通压(VCEsat)。断开状态的电压取决于工作输入电压
和开关变换器的拓扑。为计算设备设计的典型直流电源使用 80 Vrms 到 264 
Vrms 之间的通用市电电压。在最高输入电压下开关器件上的断开状态电压

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