巧用示波器的計算功能分析熱插拔電路

盡管數字示波器是電路實驗室中最常見的儀器，但有些功能可能并不為人所熟知，數字示波器的計算功能就是其中之一。其實利用數字示波器的計算功能可以簡化對熱插拔和負載切換電路的分析。本篇應用筆記將介紹如何利用示波器獲取MAX5976熱插拔電路中MOSFET功耗和負載電容的精確值。

數字示波器的計算功能是數字示波器最有趣的功能之一，可以簡化和擴展對熱插拔與負載切換電路的分析。巧用示波器的計算功能可以得出負載電容或MOSFET在導通和關斷時的瞬時功耗，這些參數對于設計和分析熱插拔與負載切換電路非常有意義，如果沒有示波器計算功能，這類參數只能做近似估計。

本篇應用筆記介紹如何利用示波器檢測熱插拔電路MOSFET功耗和負載電容的精確值。

設置示波器

簡化起見,我們用圖1所示的MAX5976熱插拔電路來做演示，其內置的檢流功能和帶驅動的MOSFET構成了一個完整的電源切換電路 (下面的測試方法同樣適用于由分立元件搭的熱插拔控制電路)。按圖1所示方式將示波器探頭連至熱插拔電路，示波器即可獲取計算所需信號，兩個電壓探頭分別接輸入和輸出，用于檢測MOSFET兩端壓降，電流探頭用來檢測流過MOSFET的電流。



圖1 示波器探頭連至MAX5976或MAX5978熱插拔電路，示波器則利用測試結果進行計算。

這個基本連接方式同樣適用于非集成的熱插拔電路。測試輸入和輸出電壓的探頭分別接到MOSFET的前面和后面(MAX5976的MOSFET在內部，MAX5978則是外置MOSFET)，電流探頭要與電路檢流電阻串聯。為了測到流經開關元件的精確電流值，電流探頭應該放在輸入電容后，輸出電容前的位置。

MOSFET功耗

開關器件(通常是n溝道 MOSFET)的功耗等于漏極/源極電壓差(VDS)與漏極電流(ID)的乘積。圖1中，VDS是通道2和通道1的差，ID是電流探頭直接測量的結果。我們用的示波器(Tektronix® DPO3034)有一個專門的計算通道，可以通過如下(圖2)菜單配置。



圖2 DPO3034 數字示波器的高級計算菜單可以直接編輯計算公式

通過簡單編輯一個公式,實現通道1與通道2之差乘以電流探頭測得的值，從而得出MOSFET功耗。當熱插拔電路使能后，輸出電壓以dV/dt的斜率接近輸入電壓，流經MOSFET的輸出電容充電電流(ID)為:

ID = COUT × dV/dt

當輸出電容為360µF，VIN = 12V時，MOSFET導通瞬間示波器屏幕截圖如圖3a所示。MAX5976將瞬時浪涌電流限制在2A。注意功率波形是一個下降的斜坡，開始于12V × 2A = 24W，當輸出電壓升至12V時降至0W，熱插拔電路以恒定電流為負載電容充電，這正是我們所期望的。