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关于探头的那些事：解决电源测试的烦恼

2022-01-26 13:09:55·  来源：横河测试测量  
　
最近收到客户咨询在开关电源测试时如何使用探头的问题，主要集中在探头参数的解读、不同电压探头测试MOS管Vds的尖峰电压会有不同的测试结果等等，本文就这些实测
最近收到客户咨询在开关电源测试时如何使用探头的问题，主要集中在探头参数的解读、不同电压探头测试MOS管Vds的尖峰电压会有不同的测试结果等等，本文就这些实测问题进行解答。
使用差分探头700924测量MOS管Vds，虽然开关波形频率只有几十KHz，但尖峰部分的震荡频率超过10MHz，客户查看了我们产品规格书中Input voltage derating 图表。


虽然700924规格是1400V，但随着测试信号频率的增加到1MHz后，最大输入电压衰减急剧下降，接近10MHz后下降接近到100V。因此客户就怀疑我们的差分探头能否测量此类的开关波形。
首先，探头规格书中最大输入电压-频率的图标，表示的并不是探头的耐压——探头由于容性阻抗的原因，随着输入信号频率的增加，流过电容及电阻的电流增加，超过器件的额定功率，导致器件的故障，因此该参数并不是部件耐压，而是器件的额定功率。
那么700924的耐压参数是多少呢，规格书上有一段话“2000 VACrms (between input terminal and BNC-ground), for 5minutes” ，可以理解为2000V交流有效值可以耐5分钟。
解读了参数，我们回到最先的问题，对于Vds的过冲部分震荡1000V峰@1MHz，700924能否正常测量呢，个人理解测试这个峰值电压是没有问题的，虽然根据图表10MHz以上，最大输入电压会衰减到100V，但由于这个峰值电压的震荡时间非常短（ns或us），而且不是持续高频电压，应该不会对器件造成故障，也没有超出探头的耐压。
工程师测试MOS管Vds波形的电压过冲（如下图）发现一个现象。当使用无源探头（使用隔离变压器）与使用700924的差分探头，电压过冲的峰值相差几十V，他们无法判断哪一种探头测试值更可靠。
回答这个问题前，首先我们要否定测试Vds这种浮地信号使用无源探头+隔离变压器的方式，即使使用了隔离变压器，隔离了直接接入市电，但示波器本体也是没有接地，这种方式与将示波器电源3pin接插2pin本质上没有区别，因此这种方式无论从安全性和测试效果上都没有保障。







假设不考虑安全性的前提下，两种探头测试同一个Vds 哪一个结果可靠呢，首先来看一下差分探头的电路简图。
差分探头接地时有数MΩ～数十MΩ的电阻。未经绝缘、低电容、高频下依旧具有高阻抗，而无源探头高频下的阻抗急剧衰减，1MHz以上阻抗衰减到100欧姆以下，此时更大的电流会流过探头引起压降。因此高频电路的测量最理想的还是使用差分探头。
综合以上的说明，无论从安全性、规范性还是高频测量特性来讲，使用高压差分探头测试MOS管Vds过冲更有效，也更可靠。
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