電源測量小貼士，泰克專(zhuān)家支招

　　編者按：電源設計人員的需求正變得越來(lái)越高，他們面臨著(zhù)巨大的壓力，需要改善效率，降低成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。電源設計是一項復雜的工作，這一過(guò)程有許多校驗點(diǎn)。在這組博文中，我們將向您介紹10個(gè)設計階段中每個(gè)設計階段的測試要求，并給出小貼士，讓您的測試更高效，讓您的生活更輕松。

　　在任何電源設計中，第一步都要選擇元器件。良好的電源設計離不開(kāi)電源元器件及控制芯片?？紤]到所有選項，為最優(yōu)設計選擇適當的電源元器件可能會(huì )有點(diǎn)麻煩?？s小范圍，找到適當的元器件，本身就非常繁瑣。各個(gè)制造商的產(chǎn)品技術(shù)資料提供了與元器件功能有關(guān)的一手資料，但并不能保證在給定設計中提供最優(yōu)操作。在鎖定設計前，必需分析選定元器件在特定應用中的特性，這可以明顯節省時(shí)間，減少問(wèn)題。

　　某些關(guān)鍵電源元器件，如MOSFETs和IGBTs，應根據關(guān)鍵參數進(jìn)行選擇，如額定電壓和電流、開(kāi)機時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間、輸入和輸出電容、開(kāi)點(diǎn)狀態(tài)電阻和閉點(diǎn)狀態(tài)特點(diǎn)。

　　制造商產(chǎn)品技術(shù)資料最重要的細節之一可能是安全作業(yè)區(SOA)圖。應采取相應措施，了解在不同電壓和電流參數下的這一特點(diǎn)。問(wèn)題是，制造商提供的大多數SOA圖并沒(méi)有提供完整的畫(huà)面，因為這些圖只在25°C下有效。僅依據這些數據會(huì )給實(shí)現和設計帶來(lái)重大風(fēng)險，特別是熱量設計。必需在實(shí)際環(huán)境中分析部件特點(diǎn)，在這些環(huán)境中，電源元器件很少保持在理想的環(huán)境溫度之下。

　　設計的這個(gè)階段沒(méi)有原型，很難仿真預計的額定電流和電壓。解決這個(gè)問(wèn)題的最好方式是使用源測量單元，它可以驅動(dòng)幾十安培的電流，生成可以測量的電壓。這有助于為應用獲得實(shí)際I-V特點(diǎn)?？梢允褂孟嗤脑O備，測量開(kāi)點(diǎn)狀態(tài)特點(diǎn)的小的差異，如柵極閾值電壓、增益和開(kāi)點(diǎn)電阻。同樣，對低電流閉點(diǎn)狀態(tài)測量，如泄漏電流，可以使用儀器，提供高電壓，生成可以測量的電流。

　　對擊穿電壓，確保提供的電壓是器件工作電壓的幾倍，以便測量擊穿電壓。在簡(jiǎn)單的兩端子器件或比較復雜的三四端子晶體管上測量器件電容相對于電壓關(guān)系時(shí)，一定要使用能夠測試器件DC工作電壓整個(gè)范圍的電容測量系統。注意，傳統LCR儀表會(huì )告訴你電容，但不是在整個(gè)工作電壓中。

　　吉時(shí)利源測量單元可以作為四合一儀器：電壓/電流源、電壓/電流表、掃描分析儀、函數發(fā)生器，為這類(lèi)測試提供了完美的解決方案。源表還包括可編程負載，可以測量元器件上的I-V特點(diǎn)，從幾µV到3 KV，從幾fA到100 A。一個(gè)很好的插件是IVy應用，可以從Google Play下載，適用于安卓智能手機或平板電腦，您可以在元器件上無(wú)縫執行電壓-電壓(I-V)特性分析。

　　IVy應用可以從Google Play中為安卓設備免費下載，可以方便地檢查元器件上的I-V特點(diǎn)。這是一個(gè)研討會(huì )鏈接，我們的專(zhuān)家介紹了怎樣分析和驗證功率半導體的性能。

　　一旦選擇元器件，設計出原型，那么需要開(kāi)機。在這一系列博文的下一篇博文中，我們將考察低壓DC電路開(kāi)機測試，并提供多種小貼士，確保您能夠準確地評估設計的性能。

　　原型制作是設計中比較激動(dòng)人心的步驟之一。在這個(gè)階段，在理想情況下，您已經(jīng)看到設計愿景就要變成現實(shí)，如果一切能夠照計劃進(jìn)行的話(huà)?？赡軙?huì )出現很多問(wèn)題，如電路板布線(xiàn)、焊點(diǎn)、元器件貼裝和寄生電容等，因此在測試原型電源時(shí)，最好要審慎。

　　這是一種常見(jiàn)作法，但仍需指出的是，應使用數字萬(wàn)用表檢查所有輸入和輸出階段是否有短路。同樣，還要檢查電路板上所有關(guān)鍵功率點(diǎn)，確保電路不會(huì )非故意短路。應盡可能把低壓模擬電路和數字電路隔離成多個(gè)子電路，這在發(fā)生問(wèn)題時(shí)有助于調試問(wèn)題及控制損失。

　　電路板很可能至少有一個(gè)輔助電源。下一步是隔離這個(gè)電源，在有負載和沒(méi)負載的情況下測試輸出。這有助于分析電源本身的特性，幫助隔離存在的任何問(wèn)題?？梢允褂镁苋f(wàn)用表檢查電壓和紋波，如DMM 7510 (如上圖所示)，確保所有指標都滿(mǎn)足規范。DMM7510的圖形界面也可以幫助您在屏幕上觀(guān)察高頻紋波。如果您想進(jìn)一步了解紋波測量，這里的應用指南為您介紹了詳細的測量過(guò)程。

　　在隔離電源的同時(shí)，應檢查機載電源供電的所有低壓電路。應使用隔離DC電源，如吉時(shí)利2280S，為各個(gè)低壓子電路供電，而不是使用機載電源。這將有助于隔離與各個(gè)子電路有關(guān)的問(wèn)題。

　　機載電源偶爾有多個(gè)輸出，您可以使用擁有多條隔離通道的DC電源?？梢允褂肈C電源，同時(shí)顯示編程設置和實(shí)際被測輸出。您可以查看DC階段是否吸收太多的電流。另一個(gè)選項是在電源和被測器件之間連接一臺DMM，如DMM 7510，密切監測吸收電流和功耗。在這個(gè)階段，您還應根據需要測試每條子電路的待機電流和狀態(tài)電流。吉時(shí)利2280S精密測量電源提供了10 nA分辨率和0.05%精度，可以幫助您在現代高效設計中進(jìn)行超低電流測試。

　　最后，如果您需要為被測系統提供精密電壓，可以考慮使用4線(xiàn)遠程傳感臺式電源。這種設備可以消除臺式電源與被測系統之間的導線(xiàn)中的任何電壓下跌產(chǎn)生的影響。

　　在下一篇博文中，我們將考察高壓AC電路開(kāi)機。

　　本系列博文覆蓋了電源測試的全程，在本篇博文中，我們將介紹第一次遇到高電壓時(shí)進(jìn)行原型測試的各個(gè)步驟。此外，我們將為您推薦完成這些任務(wù)所需的最佳儀器。

　　在第一次開(kāi)機過(guò)程中，我們先把高壓階段與低壓階段隔開(kāi)。我們建議使用具有限流功能的AC電源。一旦選擇了AC電源，先從設計的最低AC電壓入手，這是一個(gè)關(guān)鍵步驟，有助于減少重大熔斷風(fēng)險，如焊接不良、組裝差或PCB設計錯誤等潛在問(wèn)題導致的熔斷。

　　現在開(kāi)始測量AC輸入電壓和電流。我們建議使用相應等級的差分探頭和電流探頭。如果您使用鉗夾電流探頭測量未負載系統吸收的低AC輸入電流，實(shí)際上您會(huì )提高探頭看到的電流。為此，把線(xiàn)路導體簡(jiǎn)單地多次循環(huán)通過(guò)鉗夾。記住，要把電流讀數除以圈數。

　　現在準備就緒，被測器件即將通電。但在通電前，應在A(yíng)C輸入上使用示波器或功率分析儀，并啟用記錄功能，確保捕獲涌入電流和瞬態(tài)事件。我們建議使用PA1000功率分析儀，這是為快速、高效、準確地測量功耗而優(yōu)化的。這臺功率分析儀還提供了涌入電流模式，測試電流涌入期間的峰值。

　　如果您想記錄啟動(dòng)電流，可以使用擁有連續記錄功能的功率分析儀。在開(kāi)機過(guò)程中發(fā)生災難性故障時(shí)，這有助于保存數據，因此我們強烈推薦這種作法。

　　需要更多的洞察力？可以使用DPOPWR示波器軟件，其提供了全面功率分析套件，可以幫助您在開(kāi)機過(guò)程中測量和調試輸入AC功率參數。

　　一旦檢查了各個(gè)項目，現在可以啟用低壓控制電路，全面了解相關(guān)信息。

　　敬請關(guān)注后續博文，了解檢查控制邏輯有關(guān)的各個(gè)步驟。

　　在這篇博文中，我們將向您介紹檢查電源設計控制邏輯的基礎知識。

　　毋庸置疑，這是設計最重要、也是最復雜的部分。在這個(gè)階段，您將執行測試，以便獲得正確補償、電壓、定時(shí)和頻響，具體任務(wù)包括：

• 在開(kāi)機過(guò)程中測量開(kāi)關(guān)器件驅動(dòng)裝置上的調制信號，檢驗不同負載下開(kāi)關(guān)頻率、脈寬和占空比是否正確

• 通過(guò)使用控制環(huán)路中的寬帶變壓器注入掃頻信號，檢查環(huán)路頻響

• 使用頻響分析儀，測量電路的增益和相位

　　在這個(gè)時(shí)候，必需監測輸入電壓和輸出電路及反饋或控制信號。這有助于確保環(huán)路響應(如臨界阻尼)，而這正是輸入電壓和輸出負載變化期間您所預期的東西。

　　為檢驗電路操作，如軟啟動(dòng)、短路保護、關(guān)斷和電流折回，您需要監測輸入電壓和輸出電壓及控制信號。

　　對數控電壓，您需要捕獲模擬信號、數字信號和串行總線(xiàn)控制信號的時(shí)間相關(guān)視圖。您可以查看系統操作，確保系統正確運行。

　　對這些任務(wù)，一定要考察DPOPWR高級功率測量和分析軟件，其把泰克基于Windows的示波器轉換成完善的調試和分析工具。這個(gè)軟件可以為多項測量配備自定義設置。您還可以測量和分析開(kāi)關(guān)器件中的功耗，分析磁性參數，所有這一切都從一次采集中獲得。

　　一旦全面調試設計的控制邏輯，應檢查電源階段的開(kāi)關(guān)特點(diǎn)。在下一篇博文中，我們將介紹怎樣檢查電源階段的開(kāi)關(guān)特點(diǎn)。如需進(jìn)一步了解DPOPWR軟件，請參閱：http://www.tek.com/datasheet/dpopwr-datasheet-0。

　　在這篇博文中，我們將介紹在無(wú)負載、標稱(chēng)負載和全負載條件下測試開(kāi)關(guān)特點(diǎn)的各個(gè)步驟。

　　在開(kāi)始前，應確保所有開(kāi)關(guān)的啟動(dòng)、關(guān)閉、占空比和死區時(shí)間都符合預期，如MOSFETs和IGBTs。泰克示波器包括一種高分辨率模式，從根本上提高了垂直分辨率，因此可以使用最高精度計算啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間。

　　盡管電源的幾乎所有組件都會(huì )發(fā)生能量損耗，但絕大部分損耗發(fā)生在開(kāi)關(guān)晶體管從關(guān)閉狀態(tài)轉換到打開(kāi)狀態(tài)（或反之）的時(shí)候。使用所有開(kāi)關(guān)周期的啟動(dòng)損耗和關(guān)閉損耗的軌道圖(在DPOPWR軟件中提供)，可以更加全面地了解開(kāi)關(guān)損耗，如下圖所示。

　　這時(shí)，要檢查所有 VGS 信號的噪聲和碰撞。這是一個(gè)重要步驟，因為這個(gè)端子上任何非預計的毛刺都可能會(huì )導致不想要的啟動(dòng)和擊穿。為保證不可能出現擊穿，應檢查同步整流器或H橋接器的死區時(shí)間。

　　然后，檢驗門(mén)驅動(dòng)器和相關(guān)儀器之間的定時(shí)關(guān)系，確保其與設計的計算結果相符。

　　為安全地測量非參考地電平的信號，我們建議使用相應額定電壓的差分探頭。一定不要浮動(dòng)示波器，因為其會(huì )導致不好的結果。您可以考慮TDP1000、TDP0500或P6251高壓差分探頭，具體視應用而定。每種探頭都實(shí)現了高速寬帶采集和測量功能，提供了杰出的電氣性能、通用被測器件連接，而且都使用方便。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，很難測量浮動(dòng)門(mén)信號。我們建議在門(mén)驅動(dòng)器輸入上探測信號，這樣您可以檢驗頂部FET與底部FET之間的死區時(shí)間。

　　在最低電壓轉換速率上測量電流也可以幫助您最大限度地減少串擾，改善精度。

　　如需了解開(kāi)關(guān)損耗和傳導損耗測試要點(diǎn)，請參閱本系列博文中的第6篇博文。

　　在電源測試系列的本篇博文中，我們將介紹測試電源開(kāi)關(guān)損耗和傳導損耗的各個(gè)步驟。

　　記住，經(jīng)過(guò)電源開(kāi)關(guān)和磁性器件的開(kāi)關(guān)損耗和傳導損耗對系統整體損耗有著(zhù)巨大影響，正因如此，應盡可能精確地使這些損耗達到最小，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

　　首先，記住不要單純依賴(lài)產(chǎn)品技術(shù)資料，它們經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生誤導，特別是在計算開(kāi)關(guān)損耗和傳導損耗時(shí)。此外，它們沒(méi)有考慮工作條件和電路寄生信號，也沒(méi)有提供完善的損耗信息。

　　在測試時(shí)，首先應檢查整流器開(kāi)關(guān)，如電路活動(dòng)和負載時(shí)MOSFETs、IGBTs和磁性器件的損耗。由于大多數磁性器件采用定制設計，如開(kāi)關(guān)器件，因此最好在工作狀態(tài)下測試磁性器件。這一步可以正確分析其特性。

　　在測量開(kāi)關(guān)損耗時(shí)，我們推薦使用MS05000B示波器，并配備相應的電壓探頭和電流探頭。為實(shí)現最好的精度和可重復性，在進(jìn)行任何測量前應先校正探頭時(shí)延，為了保證確定周期內結果的準確性，應使用濾波功能和平均功能。

　　在使用示波器測量開(kāi)關(guān)損耗時(shí)，先把電壓乘以電流。然后取啟動(dòng)或關(guān)閉過(guò)程中得到的功率波形的中間值。當然，功率分析軟件可以大大簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程，因此我們強烈推薦使用功率分析軟件。

　　為動(dòng)態(tài)測試磁性功率損耗和磁性屬性，建議使用我們的DPOPWR軟件。這個(gè)軟件提供了自動(dòng)計算功能，在電路活動(dòng)時(shí)，可以測量高功率開(kāi)關(guān)上的可重復開(kāi)關(guān)損耗和傳導損耗。

　　在一切就緒后，您可以轉向第7篇博文，其將介紹效率和規范測試。

　　在本篇電源測試博文中，我們將介紹電源指標檢查。在這個(gè)部分，您要確保設計滿(mǎn)足效率標準和其他要求的規范，如線(xiàn)路和負載穩壓、紋波、噪聲、短路保護、瞬態(tài)響應和效率。

　　首先檢查負載穩壓。我們建議在設計的輸入端子和輸出端子上直接使用高精度DMM。然后，從最小值到最大值掃描負載。記住，非常重要的一點(diǎn)是在測試過(guò)程中使輸入電壓保持恒定?，F在，記錄輸出電壓相對于負載的任何變化，確定負載穩定。

　　其次，檢查線(xiàn)路穩壓?？梢允褂妙?lèi)似的設置測試線(xiàn)路穩壓，其中在恒定負載中測量輸出電壓，同時(shí)從最小值到最大值掃描輸入AC電壓。這種測試對通用輸入電源尤其重要。

　　第三，檢查全負載時(shí)的噪聲和紋波。對這項任務(wù)，我們推薦使用為高分辨率測量?jì)?yōu)化的示波器或高精度圖形采樣萬(wàn)用表。示波器一般會(huì )提供更高的帶寬，而萬(wàn)用表的精度則要更高。

　　吉時(shí)利DMM7510圖形采樣萬(wàn)用表是一個(gè)優(yōu)秀的備選方案。這臺儀器有一個(gè)18位1 MS/s數字化器，可以捕獲快速瞬態(tài)信號和小紋波。同時(shí)，它可以在5英寸大型觸摸屏界面上顯示結果。

　　在進(jìn)行規范檢查時(shí)，一定要使用功率分析儀記錄效率，同時(shí)掃描所有工作條件下的輸入電壓和輸出負載。我們最新推出的PA3000多通道功率分析儀提供了理想的解決方案，它提供了0.04%精度和10mW待機功率功能，可以從無(wú)負載到全負載準確地進(jìn)行效率和功率測量。下圖是AC-DC電源效率測量的典型設置。

　　如果您打算使用示波器測量低電平電壓，如紋波，應使探頭衰減達到最小(可能時(shí)采用1X或2X)。這將在示波器測量中提供最好的信噪比。此外，在線(xiàn)路或負載穩壓測試中，永遠不要依賴(lài)AC電源或電子負載讀數，而是應在電源端子上直接使用精密儀器。這將提供更好的測量精度，最大限度地減少輸入電纜和輸出電纜中的電壓暫降。

　　最后，如果您打算測量高頻噪聲和紋波，應使用低電感接地彈簧探頭適配器(或類(lèi)似裝置)。標準探頭地線(xiàn)可以作為天線(xiàn)，從熒光燈和其他來(lái)源中撿拾環(huán)境噪聲，可能會(huì )在讀數中產(chǎn)生明顯誤差。

　　在第8篇博文中，我們將討論電源線(xiàn)一致性測試。

　　第一臺原型應已經(jīng)能夠啟動(dòng)運行?，F在應檢查設計，確保其滿(mǎn)足本地電源線(xiàn)標準。

　　在開(kāi)始測試前，應該指出，大多數AC-DC電源都是為使用AC墻上插座而設計的。因此，它們需要滿(mǎn)足嚴格的功耗和功率質(zhì)量標準，如IEC 62301待機功率和IEC 61000-3-2電流諧波標準。應一直在設計周期早期執行一致性測試，以幫助您避免未來(lái)發(fā)生的問(wèn)題。

　　在下面的視頻中，泰克工程師Seshank Malap介紹了怎樣使用泰克功率分析儀測量手機充電器的待機功率，以確保設計滿(mǎn)足IEC 62301。必需注意，在測量低的和失真的待機功率時(shí)，必需復核連接。一定要確保連接電流并聯(lián)源側的電壓表通道，從而不會(huì )測量經(jīng)過(guò)電壓表阻抗的電流。這一步非常關(guān)鍵，因為線(xiàn)序不正確可能會(huì )導致明顯錯誤。

　　連接市電的幾乎所有電氣設備和電子設備，包括16A及以下的額定輸入電流，都必須滿(mǎn)足IEC 61000-3-2。在下面的視頻中，Seshank演示了使用PA1000功率分析儀及PWRVIEW軟件在標準微波爐上執行諧波測試。

　　泰克為CE標志、能源之星、IEC待機和諧波標準提供了經(jīng)濟的預一致性測試解決方案。對預算有限的設計團隊，PA1000功率分析儀提供了理想的解決方案。這臺儀器擁有20 uA電流測量功能，可以測量最低5 mW的待機功率。

　　對一致性測試應用，泰克接續盒是必備工具，它為負載測量和源側測量提供了兩個(gè)不同的端子。此外，接續盒使用方便安全，可以獲得準確的低功率讀數，執行待機功率測試。

　　本系列博文共10篇，第9篇將考察EMI調試和預一致性測試。另外，對高效應用的多通道測試，歡迎品鑒我們最新的PA3000功率分析儀。

　　這一系列博文共10篇，本文是第9篇，將重點(diǎn)考察EMI和RFI 測試。由于測試難度和測試成本，這個(gè)階段經(jīng)常被忽略。但是，隨著(zhù)設計期限的迫近，忽略這個(gè)步驟可能會(huì )導致意外事件和延遲。我們強烈推薦在設計早期測試EMC問(wèn)題，以避免不必要的電路板返工和延期。

　　因此，您可以利用頻譜分析儀和預先確定的EMI一致性測試模板，在去測試機構進(jìn)行一致性測試之前找到這些討厭的EMI問(wèn)題。

　　泰克RSA306B 頻譜分析儀是一個(gè)優(yōu)秀的選項。這種經(jīng)濟的基于USB的儀器提供了實(shí)時(shí)頻譜分析功能，同時(shí)可以確定持續時(shí)間很短的EMI突發(fā)。這臺儀器的長(cháng)記錄時(shí)間還可以捕獲偶發(fā)突發(fā)。

　　為了迅速找到EMI來(lái)源，我們建議使用混合域示波器(MDO)，其中內置頻譜分析儀和近場(chǎng)探頭。憑借倍受信賴(lài)的MDO和示意圖，您可以簡(jiǎn)便地測量頻譜峰值，找到根本原因。

　　在評測MDO時(shí)，其他儀器很難望MDO4000C的項背，因為它可以在一臺儀器上同時(shí)查看設計的時(shí)域性能和頻域性能。MDO4000C配備強大的觸發(fā)、搜索和分析工具，可以找到模擬和數字異常事件。通過(guò)這臺儀器，您可以解碼串行總線(xiàn)和波形，隨時(shí)查看RF頻譜。最后，儀器標配的SignalVu-PC軟件可以對Wi-Fi和藍牙無(wú)線(xiàn)信號執行全面分析和調試。

　　如需操作指引及了解怎樣執行EMI測試和調試，可以下載實(shí)用EMI調試應用指南。

　　在這一系列博文的最后一篇博文中，我們將考察設計驗證，幫助您面向下一輪設計做好準備。