PK-CWTUM/300罗氏线圈在200W车载DC-DC变换器MOS管损耗测试中的应用

某新能源电子企业研发200W 车载升降压 DC-DC 电源，开关管采用 TO-220 封装 MOSFET，开关频率 200kHz。开发阶段存在整机效率偏低、MOS 管温升超标问题，需精准捕捉 MOS 管漏极瞬时电流，结合漏源电压计算开关损耗、导通损耗，定位损耗来源。

测试难点

PCB 布局紧凑，MOS 引脚空间狭小，普通硬质电流钳无法伸入；

电流包含直流偏置 + 高频开关脉冲，需同时覆盖低频直流与 30MHz 高频瞬态；

峰值电流约 220A，常规 30A/60A 量程探头量程不足；

高压母线存在电磁干扰，要求探头具备良好抗扰与测量线性度。

选型依据：PK-CWTUM/300

从产品手册参数匹配需求：

峰值电流 300Apk，覆盖 220A 测试峰值，余量充足；

带宽 9.2Hz–30MHz，可完整捕捉 200kHz 开关波形 + 纳秒级电流尖峰；

线圈截面仅 1.6mm，纤细柔性环可套入 TO-220 功率引脚；

灵敏度 20mV/A（示波器设置 50X 衰减），信号幅度适中，噪声仅 15mVpp；

线圈耐压 3kVrms，适配车载高压母线安全测量。

二、测试设备清单

电流探头：普科 PK-CWTUM/300 柔性罗氏线圈

4 通道数字示波器（带宽≥500MHz）

高压差分电压探头（测 MOS 管\(V_{DS}\)）

5V USB 供电适配器（给探头积分器供电）

待测 200W 车载 DC-DC 电源、可调直流输入电源、电子负载

绝缘隔热手套、绝缘工作台

三、标准化测试操作流程

步骤 1：设备接线与示波器参数设置

将探头 BNC 接头接入示波器 CH1 通道，示波器输入阻抗设为 1MΩ，通道衰减比例设置50X（匹配 PK-CWTUM/300 20mV/A 灵敏度）；

USB 线连接积分器供电口，绿色电源指示灯常亮，探头进入就绪状态；

差分电压探头接 CH2，两端分别搭 MOS 管漏极 D、源极 S，用于采集波形。

步骤 2：柔性线圈安装

完全关闭待测 DC-DC 输入电源，确认无带电操作；

打开柔性感应环卡扣，将 MOS 管源极单根引线穿入环内，推紧卡扣至完全插到底；

调整导线位置，使导线位于感应环几何中心，避开环体接口阴影误差区；

远离板上功率电感、变压器等强磁场干扰源，减少振铃噪声。

步骤 3：上电采集波形

接入直流输入（车载标准 12V/24V 双输入工况），电子负载调至满载 200W；

示波器 DC 耦合，时基设 200ns/div，上升沿触发，同步捕获（CH1）、（CH2）波形；

利用示波器数学运算，实时输出 MOS 瞬时功率波形。

步骤 4：测试收尾

先切断 DC-DC 输入电源，等待母线电容放电完毕；

打开感应环卡扣，取出被测导线；

断开探头 USB 供电，收纳线圈避免弯折损伤。

四、实测数据与问题定位

1. 标准波形采集结果

导通峰值电流：216A，无波形削顶，30MHz 带宽完整还原开关上升 / 下降沿；

低频直流分量无衰减，可区分静态导通电流与高频开关尖峰；

输出噪声 15mVpp，波形无杂波干扰，dI/dt 最大 20kA/μs 仍保持线性测量。

2. 故障定位结论

通过瞬时功率积分计算损耗：

MOS 关断瞬间电流尖峰达 216A，关断振铃幅度大，开关损耗占总损耗 62%，是温升超标核心原因；

原缓冲 RC 电路参数不匹配，关断尖峰引发额外高频损耗；

低频稳态导通损耗仅占 28%，非主要发热源。

3. 优化方案落地

根据探头精准电流数据，调整缓冲电路 RC 参数，重新测试：

关断电流尖峰降至 142A，开关损耗下降 41%；

MOS 管稳态温升从 72℃降至 48℃，整机效率提升 2.3%，满足车载规格要求。

五、PK-CWTUM/300 探头在本案例中的核心优势

狭小空间适配：1.6mm 细柔性线圈，普通硬电流钳无法测量的 TO-220 引脚可轻松套入，无需改板增加测试焊盘；

宽频全信号覆盖：9.2Hz 低频下限可测直流偏置，30MHz 高频带宽捕捉纳秒级开关尖峰，分流电阻法无法同时兼顾高低频；

安全高压测量：3kVrms 线圈绝缘，直接测量车载高压母线回路，无短路风险；

测试效率提升：开环可开合结构，无需断开功率回路串联采样电阻，单次测试接线时间从 30 分钟缩短至 3 分钟；

测量稳定性：衰减特性 9%/ms，长时间满载测试波形无漂移，多组工况对比数据一致性高。

六、行业延伸应用拓展

本型号除车载 DC-DC 测试外，还可用于：

PFC 功率因数校正电路电感、电容电流监测；

储能变流器母线脉冲电流谐波分析；

电机驱动 IGBT 开关损耗测试；

电源故障诊断（上电浪涌、短路瞬态电流捕捉）。

七、使用注意事项

线圈工作温度上限 150℃，测试高温 MOS 器件时避免线圈紧贴功率散热片；

若波形出现异常抖动，检查感应环卡扣是否插紧、导线是否偏离中心阴影区；

测试前将线圈空置，观察基线噪声，排查周边大功率电感、变压器磁场干扰；

禁止在潮湿、易燃易爆环境下开展车载电源高压测试。

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