電源是把電能從一臺設(shè)備轉(zhuǎn)換到另一臺設(shè)備的元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，其通常從交流(AC)電源轉(zhuǎn)換成直流(DC)電源。 從個人電腦到軍事設(shè)備和工用機(jī)械， 電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開 DC 電源的性能和可靠性。

電源分成許多不同的類型和規(guī)格， 包括傳統(tǒng)模擬式電源電源到高效的開關(guān)式電源。所有這些電源都面臨著復(fù)雜的動態(tài)工作環(huán)境。設(shè)備負(fù)載和需求在不同時間之間可能會大幅度變化。 即使是商用開關(guān)電源， 也必須能夠承受突然出現(xiàn)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平均工作電流的峰值電流。設(shè)計(jì)電源或設(shè)計(jì)采用電源的系統(tǒng)的工程師必需了解電源在靜止條件到最壞條件下的行為。

從歷史上看， 檢定電源行為意味著使用數(shù)字萬用表進(jìn)行靜態(tài)電流和電壓測量，然后在計(jì)算器或PC上麻煩地進(jìn)行計(jì)算。今天，大多數(shù)工程師正轉(zhuǎn)向示波器，作為首選的電源測量平臺。

現(xiàn)代示波器可以配備集成電源測量和分析軟件，簡化設(shè)置， 更輕松地進(jìn)行測量。 用戶可以定制關(guān)鍵參數(shù)，自動進(jìn)行計(jì)算，在幾秒鐘內(nèi)查看結(jié)構(gòu)，而不只是原始數(shù)字。

本入門手冊將重點(diǎn)介紹怎樣使用示波器和專用軟件測量開關(guān)式電源設(shè)計(jì)。

電源設(shè)計(jì)問題指向測量需求

在理想狀態(tài)下， 每個電源的的行為方式都應(yīng)與設(shè)計(jì)使用的數(shù)學(xué)模型類似。 但在實(shí)際環(huán)境中， 元件是不理想的， 負(fù)載會變化， 線路電源可能會失真， 環(huán)境變化會改變性能。此外， 性能和成本需求變化也進(jìn)一步提高了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性?？紤]一下下面的問題：

電源可以保持高于額定輸出容量多少瓦?保持多長時間?

電源散發(fā)多少熱量?在過熱時會出現(xiàn)什么情況?要求多少冷卻氣流?

在負(fù)載電流大幅度提高時會發(fā)生什么情況?設(shè)備能夠保持額定輸出電壓(負(fù)載穩(wěn)壓)?電源對輸出完全短路會作出什么樣的反應(yīng)?

在電源輸入電壓變化時會發(fā)生什么情況(線路穩(wěn)壓)?

設(shè)計(jì)人員需要開發(fā)出占用空間更少、能耗效率更高、減少散熱量、降低制造成本、滿足更嚴(yán)格的EMI/EMC 標(biāo)準(zhǔn)的電源。只有嚴(yán)格的測量體系，才能引導(dǎo)工程師實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

開關(guān)式電源基礎(chǔ)知識

在大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中，流行的 DC 電源結(jié)構(gòu)是開關(guān)式電源(SMPS)，這種電源因能夠高效處理負(fù)載變化而聞名。典型SMPS的電源信號路徑包括無源元件、有源元件和磁性元件。SMPS 最大限度地減少了有損耗的元件的使用量， 如電阻器和線性模式晶體管， 重點(diǎn)采用(在理想條件下)沒有損耗的元件， 如開關(guān)式晶體管、 電容器和磁性元件。

SMPS設(shè)備還包括一個控制段， 其中包含脈寬調(diào)制穩(wěn)定器、脈沖速率調(diào)制穩(wěn)定器和反饋環(huán)路等單元 1。控制段可以有自己的電源。圖1是簡化的SMPS示意圖，其中顯示了包括有源單元、無源單元和磁性單元的電源轉(zhuǎn)換段。

SMPS技術(shù)依托電源半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備， 如金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣門雙極晶體管(IGBT)。這些設(shè)備提供了快速開關(guān)時間， 能夠耐受沒有規(guī)律的電壓峰值。同樣重要的是，其在 On 狀態(tài)或 Off 狀態(tài)下消耗的功率非常小，實(shí)現(xiàn)了很高的效率，而生成的熱量很低。開關(guān)設(shè)備在極大程度上決定著 SMPS 的整體性能。開關(guān)設(shè)備的關(guān)鍵測量項(xiàng)目包括開關(guān)損耗、平均功率損耗、安全工作區(qū)等等。