1.概述
探头的品种许多，其间高压差分探头在开关电源运用中十分广泛，可是许多工程师对差分探头的了解不是很深入，市场上差分探头生产厂家也不少，功能目标各不相同，乃至相差甚远，形成测出的波形也不尽相同，工程师无法看到正确波形。本文将首要叙述什么是差分信号，差分信号的丈量，高压差分探头的首要目标，优缺点和相关运用技巧，以及高压差分探头在开关电源的典型运用。
2.什么是差分信号
在讲解差分探头之前，先来了解差分信号。差分信号是相互参阅，而不是参阅接地的信号。例如，图1开关电源中半桥上下开关管(Q1，Q2管)中电压信号;图2多相电源体系中电压信号，以上信号在本质上是“漂浮”在地之上。
3.差分信号的丈量办法
现在差分信号的常见丈量办法如下：
1)运用两个探头丈量，再利用示波器数学运算功用核算，如图3
运用两个探头进行两项单端丈量，这是一种常用办法，也是进行差分丈量最不期望的办法。丈量到地的信号(单端)及运用示波器的数学运算函数(通道A信号减去通道B)，就可丈量差分信号。在信号时低频信号，信号起伏满足大，能够超越任何忧虑的噪声情况下，能够采纳这种办法。两个单端丈量组合在一起有多个潜在问题。其间一个问题是沿着每个探头直到每条示波器通道有两条独自的长信号通路。这两条通路之间的任何延时差都会导致两个信号发生时间偏移。在高速信号上，这个偏移会导致核算的差分信号中发生显着的起伏和守时差错。另一个问题是它们不能供给满足的共模噪声按捺。实践电路中，共模噪声源许多，比如说，邻近时钟线在两条信号线上导致的噪声，荧光等外部来历宣布的噪声。跟着频率的进步，单端丈量的CMMR(共模按捺比)的功能会敏捷下降。假如保存共模搅扰的话，这会导致信号的噪声比实践的噪声还要大的多。
2) 示波器浮地丈量
现在常见的过错浮地丈量办法便是示波器浮地丈量办法，是经过堵截规范三头AC插座地线的办法或运用一个沟通阻隔变压器，堵截中线与地线的衔接。将示波器从维护地线起浮起来，如图4，以减小地环路的影响。这种办法其实并不可行，因为在建筑物的布线中中线或许在某处现已与地线相连，是不安全的丈量办法;此外，它违反了工业健康和安全规则，且取得的丈量成果也差。并且示波器在地起浮时会呈现一个大的寄生电容，起浮丈量将遭到振动的损坏，丈量的波形失真严峻，后续会有实例演示。总而言之，示波器浮地丈量简单损坏被测器材;损坏示波器;给人身带来潜在损害;丈量差错大。
3)差分丈量
浮地丈量的最佳解决办法便是运用高共模按捺比的差分探头，因为两个输入端都不存在接地的问题，两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完结，传输到示波器通道的信号是已差分后的电压，示波器无需去掉三线插头的接地端即可完成安全的浮地丈量，如图5。
4.差分探头
常见的差分探头中有一类是针对低压信号的，在高速的数字电路中这种差分信号比较常见，这一类差分探头的丈量电压常见的幅值是±8V，带宽一般在1GHz以上;另一类是专门针对高压丈量的，丈量电压高达上KV，在开关电源丈量中这种差分信号比较常见，这类差分探头叫高压差分探头，丈量电压一般在KV等级，带宽在20MHz—100MHz范围内比较常见。
差分探头首要是针对浮地体系的丈量。电源体系测验中常常要求丈量三相供电中的前方与前方，或许前方与零(中)线的相对电压差，许多用户直接运用单端探头丈量两点电压，导致探头焚毁的现象时有发生。这是因为：大多数示波器的“信号公共线”终端与维护性接地体系相衔接，一般称之为“接地”。这样做的成果是：一切施加到示波器上，以及由示波器供给的信号都具有一个公共的衔接点。该共用衔接点一般是示波器机壳经过运用沟通电源设备电源线中的第三根导线地线，将探头地线连到一个测验点上。假如这时运用单端探头丈量，那么单端探头的地线与供电线直接相连，成果必定是短路。这种情况下，咱们需求差分探头进行浮地丈量。
差分探头3大重要目标：
带宽 (通用)：一切探头都有带宽。探头的带宽是指探头呼应导致输出起伏下降到70.7%
(-3 dB)的频率，如图6所示。在挑选示波器和示波器探头时，要认识到带宽在许多方面影响着丈量精度。在起伏丈量中，跟着正弦波频率挨近带宽极限，正弦波的起伏会变得日益衰减。在带宽极限上，正弦波的起伏会作为实践起伏的70.7% 进行丈量。因而，为完成最大的起伏丈量精度，必需挑选带宽比方案丈量的最高频率波形高几倍的示波器和探头。这相同适用于丈量波形上升时间和下降时间。波形转化沿(如脉冲和方形波边缘)是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成分发生衰减，导致显现的转化慢于实践转化速度。为精确地丈量上升时间和下降时间，运用的丈量体系必需运用具有足够的带宽，能够坚持构成波形上升时间和下降时间的高频率成份。最常见的情况下，运用丈量体系的上升时间时，体系的上升时间一般应该比要丈量的上升时间快4-5 倍。在开关电源范畴，一般50MHz的带宽就根本够用了。
CMRR (共模按捺比)：共模按捺比(CMRR)是指差分探头在差分丈量中按捺两个测验点共模信号信号的才能。这是差分探头的要害目标，其公式为：CMRR = |Ad/Ac|。其间：Ad = 差分信号的电压增益。Ac = 共模信号的电压增益。在抱负情况下，Ad 应该很大，而Ac 则应该等于0，因而CMRR无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR 现已被看作十分好了。这意味着将按捺5 V 的共
CMRR (共模按捺比)：共模按捺比(CMRR)是指差分探头在差分丈量中按捺两个测验点共模信号信号的才能。这是差分探头的要害目标，其公式为：CMRR = |Ad/Ac|。其间：Ad = 差分信号的电压增益。Ac = 共模信号的电压增益。在抱负情况下，Ad 应该很大，而Ac 则应该等于0，因而CMRR无穷大。在实践中，10,000:1 的CMRR 现已被看作十分好了。这意味着将按捺5 V 的共模输入信号，使其在输出上显现为0.5 毫伏。因为CMRR 跟着频率进步而下降，因而指定CMRR 的频率与CMRR 值相同重要。CMRR关于丈量全桥或许半桥电路的上管驱动波时，显得尤为重要，这也是高压差分探头丈量这类信号时的难点。如图1中，上管GS驱动电压很小，可是共模电压很高，丈量改点波形时，对差分探头的CMRR要求比较高，后续将会有实例演示剖析。
畸变：畸变是输入信号估计呼应或抱负呼应的任何起伏误差。在实践中，在快速波形转化之间一般会当即发生畸变，其表现为所谓的“减幅振动”。差分探头的两个差分输入线十分长，常见的有50cm左右，假如差分探头这个目标规划欠好，那么丈量的信号简单发生畸变。市场上不同厂家的差分探头测出的成果或许不同，有的相差甚远，这个目标便是其间原因之一。
当然差分探头还有输入阻抗，输入电容，精度，衰减系数等目标，市场上各个厂家不同不大，一般也不会出问题，所以这儿就不逐个介绍了。
