Mesure de RDS(on) avec des oscilloscopes haute définition

Votre tâche

Pour calculer le _RDS(on) d'un MOSFET fonctionnant en mode inverse, le courant de drain et la tension drain / source doivent être mesurés. Cependant, du fait de la tension drain / source élevée à l'état "éteint" et des pics lors de la mise sous tension, il est difficile de mesurer la tension drain / source relativement faible à l'état "actif", avec la résolution sur 8 bits des oscilloscopes classiques. En outre, une mauvaise compensation de sonde et des techniques de détection incorrectes peuvent déformer considérablement le signal, ce qui entraîne des résultats de mesure erronés, même lorsque l'oscilloscope propose la gamme dynamique nécessaire.

Solution T&M

Avec l'oscilloscope numérique R&S^®RTO / R&S^®RTE, l'option logicielle R&S^®RTO-K17 / R&S^®RTE-K17 et les techniques de détection adaptées, il est possible de mesurer la tension drain / source du RDS (on) dans des conditions de large gamme dynamique. Le filtrage passe-bas numérique permet d'atteindre une résolution verticale de 16 bits, avec réduction du bruit et augmentation du rapport signal / bruit. L'utilisateur peut limiter la largeur de bande (bandes sélectionnables) de 1 GHz à 10 kHz (10 à 16 bits). Ainsi, il est possible de visualiser les petits détails de signaux tels que la tension drain / source dans les applications d'alimentation électrique en mode commuté qui, dans le cas contraire, seraient noyés dans le bruit.

Application

Une technique de détection adaptée et la bonne compensation de sonde, pour des mesures précises

Lors de la mesure de signaux avec des composants haute fréquence, un aspect essentiel dans la détection est de garder la « boucle » formée par les connexions de détection (broche de signal et connexion à la terre) aussi courte que possible. La pointe à ressort de la sonde passive R&S^®RT-ZP10 propose, du fait des contacts de terre de type ressort, un contact sûr avec un minimum de bruit et d'interférences par couplage sur le signal mesuré. Il est par conséquent possible de sonder directement les broches et le corps du MOSFET. Une compensation de sonde précise est également très importante pour les mesures en haute résolution. Une sonde mal compensée introduit des erreurs de mesure, entraînant une lecture imprécise, ce qui peut également influencer les mesures différentielles comme suggéré ici. Pour les mesures où aucune des broches du MOSFET n'est mise à la terre, une sonde différentielle active doit être utilisée. La sonde différentielle active R&S^®RT-ZD10 1 GHz s'avère être particulièrement adaptée ici, car elle est livrée avec un atténuateur 10:1 supplémentaire qui étend la plage de tension de la sonde à 70 V DC / 46 V AC (crête).

Analyser des très petits détails de signal en mode haute définition

L'option haute définition du R&S^®RTO-K17 / R&S^®RTE-K17 propose aux utilisateurs une manière très souple d'augmenter la résolution d'un oscilloscope numérique R&S^®RTO / R&S®RTE. L'option logicielle utilise le filtrage numérique pour augmenter la résolution de l'oscilloscope. Une résolution maximale de 16 bits est possible, ce qui permet une analyse détaillée même dans des conditions de gamme dynamique extrêmement large. Le mode haute définition peut être configuré rapidement en seulement quelques étapes :

• Appuyez sur le bouton « Mode »
• Sur l'onglet « Acquisition », appuyez sur « Mode Option » et sélectionnez « Haute définition »
• Ajustez la largeur de bande selon vos besoins. La résolution qui en résulte est affichée automatiquement

La largeur de bande sélectionnée devra être aussi faible que nécessaire, afin d'obtenir une résolution suffisante, mais aussi grande que possible, afin de réduire au minimum la distorsion du signal due au filtrage. La largeur de bande de mesure idéale doit être déterminée au cas par cas.

Éviter les problèmes de décalage lors du calcul de RDS(on)

La mesure à de tels niveaux de tension différents requiert des étapes supplémentaires, afin d'obtenir le bon résultat. La précision de décalage des oscilloscopes ne suffit plus pour diviser simplement la tension drain / source à travers le MOSFET à l'aide du courant de drain, dans le but de calculer le _RDS(on). Et quand des sondes Rogowski sont utilisées pour mesurer le courant traversant la broche de drain du MOSFET, seule la composante AC du courant de drain peut être mesurée. La mesure de courant qui en résulte sur l'oscilloscope présentera donc un décalage DC.

Ce problème est résolu en profitant du fait que le courant de drain présente une pente constante, ou quasi constante, pendant un certain intervalle de temps lorsque le MOSFET est à l'état actif. Cela suggère l'utilisation d'une méthode différentielle pour calculer la valeur _RDS(on) en mode haute définition :

• Régler l'échelle verticale de l'oscilloscope de sorte que la tension maximale de la tension drain / source, y compris les pics, ne dépasse pas la plage de tension d'entrée de l'oscilloscope. Dans le cas contraire, les effets de la surcharge et de saturation vont dégrader la précision de mesure de la tension drain / source
• Utiliser le mode zoom pour afficher la tension drain / source, afin que la pente de cette tension soit clairement visible
• Activer une moyenne de forme d'onde pour se débarrasser de toute interférence ou tout autre bruit indésirables
• Mesurer la pente de la tension drain / source pour obtenir Δu_D
• Mesurer la pente du courant de drain du MOSFET dans le même intervalle de temps que Δu_D, pour obtenir Δi_D
• Calculer le _RDS(on) en divisant Δu_D par Δi_D

La capture d'écran illustre la mesure.

Conclusion

L'option haute définition du R&S^®RTO-K17 / R&S^®RTE-K17 permet de mesurer les détails du signal qui seraient noyés dans le bruit des oscilloscopes classiques sur 8 bits. Il est possible de mesurer des paramètres tels que le _RDS(on) dans des applications d'alimentation électrique en mode commuté, où le signal mesuré présente une large plage dynamique. On doit veiller à utiliser les techniques de détection adaptées et une compensation de sonde précise, car il peut en résulter des erreurs considérables dans la mesure. Il est recommandé de vérifier le résultat de ces mesures très dynamiques en effectuant la mesure sous diverses conditions, afin de s'assurer que cette dernière soit assez précise.