數(shù)字示波器是大多數(shù)工程實(shí)驗(yàn)室的常態(tài)，但您可能還沒有充分探索它們的功能。數(shù)字示波器更有趣的功能之一是“數(shù)學(xué)”通道，它可以以新穎的方式應(yīng)用于簡化和擴(kuò)展熱插拔和負(fù)載開關(guān)電路的分析。本應(yīng)用筆記介紹了如何將示波器的探頭連接到熱插拔電路，以獲得MOSFET功耗和負(fù)載電容的精確值。MAX5976熱插拔方案作為示例器件。

示波器設(shè)置

為簡單起見，我們選擇了MAX5976熱插拔方案，該方案將內(nèi)部MOSFET開關(guān)元件與電流檢測和驅(qū)動(dòng)電路相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)完整的電源開關(guān)電路。（以下測試方法也適用于由分立元件構(gòu)建的熱插拔控制電路。如圖1所示，通過將示波器探頭連接到熱插拔電路，示波器可以訪問計(jì)算所需的信號(hào)。連接到輸入和輸出的電壓探頭提供 MOSFET 兩端的壓降;電流探頭提供了檢測通過 MOSFET 的負(fù)載電流的最簡單方法。

圖1.示波器探頭連接到MAX5976和MAX5978熱插拔電路。這些示波器連接獲得的波形饋送示波器的高級(jí)數(shù)學(xué)函數(shù)。

請(qǐng)注意，相同的基本連接適用于非集成熱插拔電路。在MOSFET前后連接輸入和輸出電壓探頭（MAX5976內(nèi)部，MAX5978外部），并將電流探頭與電路的檢流電阻串聯(lián)。為了準(zhǔn)確測量流過開關(guān)元件本身的電流，應(yīng)將電流探頭放置在輸入旁路電容之后和輸出電容之前。

場效應(yīng)管功耗

開關(guān)元件（通常為 n 溝道 MOSFET）中的功耗是漏源電壓 （VDS） 和漏極電流 （ID).在我們的測試設(shè)置中，VDS是通道 2 和通道 1 之間的區(qū)別，而 ID由電流探頭直接測量。此示例中使用的示波器（泰克? DPO3034）具有通過高級(jí)數(shù)學(xué)菜單配置的數(shù)學(xué)跟蹤（圖 2）。

圖2.此菜單允許您在 DPO3034 數(shù)字示波器的高級(jí)數(shù)學(xué)功能中編輯數(shù)學(xué)表達(dá)式。

要測量MOSFET中的功耗，只需輸入一個(gè)表達(dá)式，從通道2中減去通道1。將結(jié)果乘以電流探頭信號(hào)。當(dāng)熱插拔電路使能時(shí)，其輸出電壓以特定的dV/dt壓擺率上升至輸入電位。負(fù)載電容充電電流（ID） 根據(jù)以下特性流經(jīng) MOSFET：

ID = COUT × dV/dt

在示波器上捕獲此啟動(dòng)事件可得到圖3a所示的波形，其輸出電容為360μF和V在= 12V。MAX5976將浪涌電流限制在2A。請(qǐng)注意，功率波形呈遞減斜坡，從12V開始×2A = 24W，隨著輸出上升到12V而下降到0W。這種行為正是我們對(duì)熱插拔電路以恒定電流為負(fù)載電容充電所期望的。

圖 3a.圖1所示電路的MOSFET功耗（紅色跡線）表示C。外= 360μF. 浪涌電流被鉗位至 2A。

以這種方式測量的功率波形可用于確定 MOSFET 是否在其安全工作區(qū) （SOA） 內(nèi)，或者參考 MOSFET 數(shù)據(jù)手冊(cè)中的相關(guān)圖表來估計(jì)其結(jié)溫的升高。直接從實(shí)際測量中確定波形消除了近似功耗的固有誤差。此外，在浪涌電流和dV/dt都不恒定的啟動(dòng)事件期間，可以準(zhǔn)確捕獲功率波形（圖3b）。

圖 3b.在浪涌電流和dV/dt都不恒定的啟動(dòng)期間準(zhǔn)確捕獲功率波形。這里浪涌電流被解開。

如果示波器中的數(shù)學(xué)函數(shù)包括積分操作數(shù)，則可以進(jìn)一步計(jì)算此波形，以顯示導(dǎo)致FET中顯著功耗的任何事件中沉積在MOSFET中的總能量。圖4將積分功能應(yīng)用于MOSFET的功率信息。

圖4.功耗積分產(chǎn)生啟動(dòng)期間沉積在圖1所示MOSFET中的總能量。

如圖 3a 所示，COUT為 360μF，浪涌電流被鉗位至 2A。由于功率波形呈三角形，啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間約為2ms，因此我們預(yù)計(jì)MOSFET中約有24W/2×2ms = 24mJ的能量轉(zhuǎn)化為熱量。事實(shí)上，在啟動(dòng)活動(dòng)結(jié)束時(shí)，數(shù)學(xué)通道的功率積分幾乎正好達(dá)到 24mWs （= 24mJ） 的能量！

顯然，這種技術(shù)也可以應(yīng)用于影響MOSFET的其他瞬態(tài)條件，例如關(guān)斷和短路或過載事件。在檢查MOSFET的SOA和熱特性時(shí)，這些詳細(xì)的功率和能量信息可用于精確計(jì)算脈沖持續(xù)時(shí)間和單脈沖功率。

測量負(fù)載電容

在數(shù)字示波器的數(shù)學(xué)功能中，積分操作數(shù)還可用于測量熱插拔負(fù)載電容，前提是啟動(dòng)期間阻性負(fù)載電流很小。

電容是施加到電容器的每伏特存儲(chǔ)的電荷量;電荷只是電流的時(shí)間積分。因此，通過對(duì)熱插拔浪涌電流進(jìn)行積分并除以輸出電壓，示波器的數(shù)學(xué)功能可以以驚人的精度測量總負(fù)載電容。在圖5a中，熱插拔控制器由三個(gè)陶瓷輸出電容使能，每個(gè)電容的標(biāo)稱值為10μF。數(shù)學(xué)跟蹤最初毫無意義，因?yàn)?V 之前的除以零問題外上升。但是，當(dāng)V外超過零時(shí)，數(shù)學(xué)通道迅速收斂至大約 27μF 的測量電容。 請(qǐng)注意，此積分的數(shù)學(xué)函數(shù)單位沒有正確表示 - 現(xiàn)代數(shù)字示波器令人驚嘆，但它們?nèi)匀粺o法讀懂我們的思想或理解我們的意圖！

圖 5a.圖1用C測量輸出電容外= 30μF。

圖5b重復(fù)了圖5a的實(shí)驗(yàn)，但在輸出端增加了一個(gè)標(biāo)稱值為330μF的鋁電解電容。請(qǐng)注意，當(dāng)啟動(dòng)事件結(jié)束時(shí)，數(shù)學(xué)跡線顯示測得的輸出電容約為360μF，幾乎完全符合我們的預(yù)期。請(qǐng)記住，阻性負(fù)載會(huì)消耗未存儲(chǔ)在電容器中的電流，從而降低這些電容測量的精度。然而，對(duì)于短期測量，結(jié)果仍然非常有用。

圖 5b.圖1用C測量輸出電容外= 30μF + 330μF。