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                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?

                                    發布時間:2021-09-03 來源:華南儀器 責任編輯:wenwei

                                    【導讀】開關電源的質量直接影響到產品的性能及其安全可靠性。電源測試項目多,計算量大,統計繁瑣等問題一直困擾著工程師們,本文將對開關電源的幾個重要測試項目進行講解。
                                     
                                    示波器電源測試分析主要實現使用示波器來對電源(開關電源)進行相關測試,提高電源開發人員的工作效率,方便對電源模塊進行測試。主要涉及開關電源(AC/DC)有關測試。 
                                     
                                    在大多數現代系統中,流行的DC電源結構是開關電源(SMPS),這種電源因能夠高效處理負載變化而聞名。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,重點采用(在理想條件下)沒有損耗的元件,如開關式晶體管、電容器和磁性元件。其主要構成如圖1所示。  
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖1 開關電源原理圖
                                     
                                    開關電源的測試參數主要包括輸入端分析、輸出端分析、磁性元件分析、開關器件分析、調制分析、環路分析等,如下圖2為示波器進入電源分析測試界面后,對應各個測試功能的測試項目。 
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖2 電源分析項目
                                     
                                    輸入端分析——諧波測試
                                     
                                    由于電源諧波的產生會增大電源系統的諧波損耗,降低電源利用率,使電源端負載等設備過載運行,縮短使用壽命,也有可能發生諧振現象,導致各個器件因電流過大或電壓過大而損壞等,所以對諧波的參數測試和分析就至關重要了。
                                     
                                    ZDS3000系列以上的示波器可根據IEC61000-3-2測試0-40次電流諧波有限值,按對諧波電流的限制,設備可被分為ABCD四類,并支持諧波有效值導出報表,示波器諧波測試界面如下圖3所示。 
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖3 電流諧波測試界面
                                     
                                    次數:諧波次數是范圍是0~40。
                                     
                                    諧波值:用于顯示某次電流諧波分量的有效值,使用統一的單位,單位由最大值動態決定。 
                                     
                                    諧波限值:諧波限值根據IEC 61000-3-2的 A、B、C、D 類標準動態計算得到的限值,選擇的類別不一樣將得到不一樣的電流限值。 
                                     
                                    狀態:該狀態用于顯示與標準比較后的結果。
                                     
                                    輸出端分析——輸出紋波
                                     
                                    輸出紋波主要指輸出的直流中的交流成分,在電路的頻率和開關的頻率都有可能產生紋波。在一些設備中對這些紋波非常敏感,所以必須對電源輸出的紋波進行測量,一般紋波大小為mV,采用峰峰值表示。 
                                     
                                    示波器電源分析功能中有快捷測試輸出紋波的選型,通過Analyze進入選擇輸出紋波,設置好配置即可快捷得出輸出紋波參數,并支持導出報表。
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖4 輸出紋波測試界面
                                     
                                    開關元件分析——開關損耗測試
                                     
                                    開關電源的開關器件總是工作在打開或關閉狀態,可以提供更高的效率。理想情況下,開關器件打開和關閉是沒有損耗的但現實情況中,開關器件工作是存功率損耗的。主要包括開關損耗,傳導損耗。如下圖5所示。 
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖5 實際開關損耗
                                     
                                    針對功率損耗主要計算主要包括三部分之和: 
                                     
                                    導通過程損耗+關閉過程損耗+導通損耗 
                                     
                                    Ploss = Pon + Poff + Pcond
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖6 開關損耗測試界面
                                     
                                    值:該行結果為當前樣本的計算結果;可做最終結果的參考值。
                                     
                                    最大值、最小值和平均值:統計結果,可以使用Clear進行清除并重新開始統計。
                                     
                                    功率最大統計項(P):瞬時功率最大值.
                                     
                                    能量最大統計項(E):與瞬時功率對應的能量,其時間是一個采樣間隔。
                                     
                                    功率平均值統計項(P):整個樣本平均功率。
                                     
                                    除開關損耗測試外,還有可用于來料檢測或驗證開關器件性能利用率的SOA(安全工作區),動態開點電阻及dv/dt,di/dt等分析功能,后續文章會一一詳細介紹。
                                     
                                    調制模塊分析
                                     
                                    調制分析用于電源控制環路的測量。調制分析通常用于表征從直流輸出到開關晶體管選通端脈寬調制 (PWM) 的反饋,以實現動態的電壓調節。 
                                     
                                    對于調制分析,主要涉及以下幾個方面的測試分:脈沖分析、占空比、周期、頻率、上升時間和下降時間。 
                                    由于展開詳細介紹需要花費大量篇幅,待小編日后與各位看官細細道來。
                                     
                                    磁性分析
                                     
                                    無源元件是指不放大信號或開關信號的元件。電源采用全系列無源元件,如電阻器和電容器,但從測量角度看,主要重點要放在磁性元件(磁性器件)上,特別是電感器和變壓器。電感器和變壓器都由外面纏著幾圈銅線的鐵芯組成。
                                     
                                    電感器的阻抗會隨著頻率提高而提高,對較高頻率的阻擋作用要高于較低頻率,因此適合濾波電源輸入和輸出上的電流。
                                     
                                    有助于確定電源性能的部分指標包括: 
                                     
                                    ●    電感 
                                    ●    功率損耗(磁性元件) 
                                    ●    I-∫V 關系以及磁性屬性 
                                     
                                    為了計算這些數據,需要設置磁性元件有關參數,首先必須確定使用的單位 SI 或者 CGS, 根據單位的不同,其參數的配置和范圍略有不同。需要配置的參數有:
                                     
                                    S -- 線圈橫截面上 
                                    L -- 平均磁路長度 
                                    V -- 磁芯體積 
                                     
                                    電源使用電感器作為能量貯存設備、濾波器或變壓器。作為變壓器時,電感器可以幫助保持開關式電源中的振蕩。設計人員需要監測這種設備在工作條件下的行為。電感值取決于電流和電壓來源、激發信號、波形和工作頻率。 
                                     
                                    一臺示波器,如何輕松搞定電源信號完整性測試?
                                    圖7 磁性分析測試界面
                                     
                                    來源:ZLG致遠儀器
                                     
                                     
                                    免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。
                                     
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