在設(shè)計或調(diào)試開關(guān)電源的過程中，準確測量功率器件和高電位節(jié)點的電壓波形是評估產(chǎn)品性能、可靠性及安全性的關(guān)鍵。以泰克P6015A的高壓無源探頭為例，憑借40kV DC/20kV AC RMS的超高額定電壓，成為進行此類高壓測量的常用工具。本文將介紹如何采用P6015A進行開關(guān)電源測試。

一、測試需求與探頭選型依據(jù)

開關(guān)電源的功率變換環(huán)節(jié)普遍存在千伏級電壓。測量對象包括：

?開關(guān)器件電壓應(yīng)力：MOSFET/IGBT的漏源電壓(Vds)/集射電壓(Vce)

?直流母線電壓：電容兩端的高壓直流及紋波

這些測量點的電壓峰值遠超普通探頭范圍，但又蘊含關(guān)鍵的性能與故障的重要信息。P6015A可以提供1000:1的衰減比，將數(shù)千伏高壓衰減至示波器的安全輸入范圍，75MHz帶寬足以捕捉開關(guān)頻率數(shù)百kHz以下的波形細節(jié)，750MΩ高輸入阻抗可以降低干擾信號對待測電路的影響，是此類應(yīng)用的合適選擇。

二、測試系統(tǒng)構(gòu)成與連接

核心設(shè)備：

1.泰克P6015A高壓探頭：主測量單元。

2.示波器：帶寬≥100MHz，需支持50Ω輸入阻抗及高壓探頭設(shè)置。

3.高壓差分探頭（可選）：用于浮地測量或同時測量電流（配合電流探頭）。

4.高壓隔離電源與負載：為被測設(shè)備提供能源并消耗功率。

安全連接步驟（至關(guān)重要）：

1.完全斷開被測設(shè)備電源。

2.先連接P6015A的接地線（重型鱷魚夾）至可靠的接地參考點（如母線電容負極）。

3.后連接探頭尖端至高壓測試點（如開關(guān)管漏極）。

4.檢查所有連接牢固無誤后，方可上電測試。

5.嚴禁在帶電狀態(tài)下插拔探頭或更改連接！

三、關(guān)鍵測試項目與流程

1. 開關(guān)器件電壓應(yīng)力測試

目的：評估功率管在開關(guān)過程中的電壓尖峰、振鈴及關(guān)斷耐壓，驗證緩沖電路有效性并預防器件過壓失效。

方法：將P6015A直接并聯(lián)于開關(guān)管兩端（Drain至Source）。設(shè)置示波器通道衰減比為1000:1，觸發(fā)模式為邊沿觸發(fā)。捕獲開關(guān)瞬態(tài)波形，重點關(guān)注：

?最大關(guān)斷電壓尖峰：是否超出器件額定耐壓的80%（需留足裕量）。

?振鈴頻率與幅度：反映電路寄生參數(shù)，評估EMI風險。

?電壓上升/下降時間：關(guān)聯(lián)開關(guān)損耗計算。

2. 直流母線電壓質(zhì)量測試

目的：分析輸入電源的穩(wěn)定性及電容濾波效果，檢測是否存在異常振蕩或過大紋波。

方法：將P6015A并聯(lián)于正負直流母線之間。示波器采用AC耦合觀察紋波，或DC耦合觀察總電壓。需注意：

?紋波電壓：反映了電容的ESR及負載電流的波動。

?電壓跌落：大負載瞬態(tài)時母線的電壓跌落幅度。

四、數(shù)據(jù)分析與典型故障診斷

通過P6015A捕獲的波形是診斷問題的直接證據(jù)：

?電壓尖峰過高：通常表明布局寄生電感過大或緩沖電路（Snubber）參數(shù)不當。

?異常振鈴：提示功率回路存在阻抗失配，可能源于器件參數(shù)不匹配或PCB布局不佳。

?母線電壓塌陷：可能是前級供電不足或濾波電容容量/ESR不合適。

五、安全注意事項總結(jié)

1.個人防護：操作必須佩戴高壓絕緣手套，站立于絕緣墊上，遵循"單手操作"原則。

2.設(shè)備狀態(tài)確認：每次使用前仔細檢查探頭、電纜及連接器有無破損。

3.規(guī)范連接順序：嚴格遵守"先接地，后接高壓；先斷電，后拆線"的原則。

4.正確設(shè)置示波器：務(wù)必確認通道設(shè)置為1000:1衰減，防止讀數(shù)錯誤導致誤判。

5.環(huán)境管理：保持工作區(qū)域整潔、干燥、無雜物，防止高壓電弧或短路。

高壓單端探頭為開關(guān)電源的測試提供了一個安全、可靠的解決方案。它使工程師能夠直接觀察功率級的真實高壓波形，為優(yōu)化效率、提升可靠性和確保安全性提供了不可或缺的數(shù)據(jù)支持。

審核編輯 黃宇