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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(fā)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(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的性能及其安全可靠性。電源測試項目多,計算量大,統(tǒng)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(xiàn)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(fā)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(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)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(shù)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(diào)制分析、環(huán)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(chǎn)生會增大電源系統(tǒng)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(fā)生諧振現(xiàn)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(shù)測試和分析就至關重要了。
 
ZDS3000系列以上的示波器可根據(jù)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(shù):諧波次數(shù)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(tǒng)一的單位,單位由最大值動態(tài)決定。 
 
諧波限值:諧波限值根據(jù)IEC 61000-3-2的 A、B、C、D 類標準動態(tài)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(tài):該狀態(tài)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(chǎn)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(shù),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(tài),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(xiàn)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(tǒng)計結果,可以使用Clear進行清除并重新開始統(tǒng)計。
 
功率最大統(tǒng)計項(P):瞬時功率最大值.
 
能量最大統(tǒng)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(tǒng)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(qū)),動態(tài)開點電阻及dv/dt,di/dt等分析功能,后續(xù)文章會一一詳細介紹。
 
調(diào)制模塊分析
 
調(diào)制分析用于電源控制環(huán)路的測量。調(diào)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(diào)制 (PWM) 的反饋,以實現(xiàn)動態(tài)的電壓調(diào)節(jié)。 
 
對于調(diào)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(shù)據(jù),需要設置磁性元件有關參數(shù),首先必須確定使用的單位 SI 或者 CGS, 根據(jù)單位的不同,其參數(shù)的配置和范圍略有不同。需要配置的參數(shù)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(jiān)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(fā)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
 
 
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