脈沖寬度調制(PWM)器件的測試(圖)

pwm器件概述
　　pwm器件是隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和半導體集成技術(shù)的發(fā)展而出現的。開(kāi)關(guān)電源是一種高頻電源轉換電路，采用開(kāi)關(guān)器件來(lái)控制未經(jīng)穩壓的直流輸入電源，配合相應的濾波線(xiàn)路，產(chǎn)生穩定的直流輸出，輸出電壓的高低取決于開(kāi)關(guān)器件的占空比。早期的開(kāi)關(guān)電源采用分立器件，但結構復雜，性能也不理想。隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源控制所需的集成開(kāi)關(guān)穩壓器控制芯片應運而生，這就是脈沖寬度調制（pwm）器件，而且功能不斷完善，性能不斷提高，而外接元件卻越來(lái)越少，這使得開(kāi)關(guān)電源的設計大大簡(jiǎn)化，同時(shí)性能逐步提高，促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展。用pwm器件設計的開(kāi)關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高、可靠性好等顯著(zhù)優(yōu)勢在民用和軍用電子產(chǎn)品中發(fā)揮著(zhù)日益重要的作用。

　　pwm器件的功能
　　pwm器件的種類(lèi)比較多，功能上也有所差別。pwm器件是根據輸出反饋，調節脈沖方波的占空比，以此來(lái)驅動(dòng)功率器件、高頻變壓器、整流、濾波等電路，從而得到穩定的直流輸出電壓，pwm器件在開(kāi)關(guān)電源中完成脈寬調制作用，大多數pwm器件還具有工作電壓的滯回、軟啟動(dòng)、快速關(guān)閉、電流限制等輔助功能，只需外接少數阻容元件、分立器件和輸出高頻變壓器即可實(shí)現性能比較理想的開(kāi)關(guān)電源。

　　pwm器件的結構
　　pwm器件的內部結構比較復雜，不同種類(lèi)pwm器件的結構也不完全相同。大多數pwm器件都具有基準電壓部分、振蕩部分、調寬控制部分、誤差放大部分、電流限制部分、輸出部分等，另外，有的種類(lèi)還有軟啟動(dòng)控制部分、快速關(guān)閉部分、欠壓鎖定部分等輔助部分。圖1為適用于高頻功率mos管驅動(dòng)的uc1525a/27a的內部結構框圖。

pwm器件的測試
　　pwm器件測試的難點(diǎn)
　　pwm器件集成度高、結構復雜，這給它的性能、參數測試帶來(lái)了很大的難度。
　　首先要了解pwm器件的工作原理、器件內部各部分的原理以及相互之間的關(guān)系，從而才能設計各個(gè)參數的測試原理和合理的測試方法。
　　對pwm器件內部各個(gè)相對獨立部分的相關(guān)參數進(jìn)行測試，都需要有針對的專(zhuān)用測試線(xiàn)路。而且pwm器件的參數包含了不同類(lèi)型的物理量，如頻率量、時(shí)間量、電壓量、電流量等，另外還包含某些需要掃描測試的閾值量。
　　在對器件某一部分的參數進(jìn)行測試時(shí)，有可能受到其他電路的影響，這就要求在對某一部分的參數進(jìn)行測試時(shí)，系統還要具備對器件的其他部分電路進(jìn)行控制和設置的能力。
　　pwm器件的某些參數測試信號比較微弱，要求測試相應測試線(xiàn)路與被測試量點(diǎn)之間的距離不能過(guò)大，否則會(huì )影響參數測試的精度和穩定性，要求測試線(xiàn)路必須采用緊湊的結構。同時(shí)要通過(guò)功能強大、切換靈活的測量矩陣來(lái)完成各個(gè)待測量點(diǎn)與各個(gè)專(zhuān)用測試線(xiàn)路之間的切換，以滿(mǎn)足測試系統對各種參數的測試要求。
　　pwm器件工作時(shí)會(huì )有高頻脈沖產(chǎn)生，在測試pwm器件的頻率、占空比參數時(shí)也需要有高頻的時(shí)鐘信號，這些高頻信號會(huì )干擾和影響參數測試，因此測試系統從原理設計、結構設計到pcb板布局、布線(xiàn)都必須充分考慮系統的抗干擾問(wèn)題。
　　基于上面的原因和其他的一些因素，目前國內尚沒(méi)有一套比較理想的系統能夠比較全面地對pwm器件的參數進(jìn)行測試。國外的一些大型測試系統，還要配置一些專(zhuān)門(mén)的硬件模塊并單獨開(kāi)發(fā)較為復雜的軟件包才能測試pwm器件，而一般用戶(hù)難于自行開(kāi)發(fā)相應的硬件和軟件。有些測試系統雖然有用于pwm器件測試的可選模塊和相應的編程軟件平臺，但僅能提供十幾個(gè)參數的測試，無(wú)法很好地滿(mǎn)足pwm器件生產(chǎn)和應用單位的測試要求。
　　pwm器件的測試原理
　　sts 2110b脈沖寬度調制（pwm）器件測試系統對各種典型pwm器件（例如tl494a、sg3524、sg3525a、sd3842a等）進(jìn)行大量原理性實(shí)驗，對pwm器件的特性和各種參數作了比較深入的試驗，具有針對pwm器件各部分的測試電路。
　　由于pwm器件基準部分輸出電壓為5v，而電壓調整率和負載調整率參數的值一般很小，僅幾個(gè)毫伏，如果直接測量，可能使一個(gè)很小的電壓變化附加在一個(gè)相對大的固定電壓上，測量精度不高。sts 2110系統采用d/a給出參考電壓5v，然后通過(guò)高靈敏度的差分放大電路測量基準電壓相對參考電壓的變化，使測量靈敏度和精度大大提高。圖2為基準部分調整率參數的測試原理圖。
　　pwm器件的誤差放大部分相當于運算放大器，采用輔助運放閉環(huán)測量的原理測試它的各個(gè)閉環(huán)參數。圖3為誤差放大部分閉環(huán)參數的測試原理圖。
 
　　pwm器件通常采用外部阻容網(wǎng)絡(luò )與芯片內的波形發(fā)生器配合產(chǎn)生振蕩波形，系統在測試適配器上安排了三組阻容網(wǎng)，可程控接入pwm芯片，以設定和改變器件的振蕩頻率。另外通過(guò)對pwm器件的控制可使其在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下分別工作于占空比最窄和最寬的工作狀態(tài)。系統采用石英晶振作為頻率標準，采用超大規模epld器件實(shí)現脈沖計數法，并通過(guò)軟件處理完成對頻率量和占空比的測試。圖4為振蕩部分和pwm部分參數的測試原理圖。
 
　　pwm器件有一些閾值參數（例如軟啟動(dòng)低電平、工作電壓?jiǎn)?dòng)閾值、工作電壓下限閾值等），需要對器件的某些輸入端或電源端進(jìn)行電壓掃描，用以判定掃描電壓和器件內部狀態(tài)翻轉的關(guān)系，同時(shí)還要有狀態(tài)設定單元和電平檢測單元，分別用于設定芯片的工作狀態(tài)和讀取器件的閾值點(diǎn)。圖5為閾值參數的掃描測試原理圖。
　　sts 2110b脈沖寬度調制器件測試系統在總體結構上，采用兩級分布式測試系統結構，上位機為主控計算機，用于測試軟件的管理，用戶(hù)編程，測試數據的即時(shí)顯示、統計、存盤(pán)和打印，測試程序的調入等。下位機包括測試儀主機、測試盒以及測試適配器等部件，根據上位機發(fā)送的測試程序，完成pwm器件測試的具體過(guò)程。圖6為整個(gè)系統的原理框圖。
　　測試儀主機采用了由系統總線(xiàn)支持的模塊化結構，系統可分為系統控制模塊，a/d、d/a轉換模塊，程控電壓源模塊，精密測量模塊，器件測試模塊和測量矩陣模塊等幾大部分。器件測試模塊單元中又包含了調整率測量單元、誤差放大器測量單元、振蕩參數測量單元、閾值參數測量單元、狀態(tài)設置單元等幾個(gè)部分。

結論
　　sts2110b脈沖寬度調制（pwm）器件測試系統適用于電壓模式型、電流模式型、雙端輸出型、單端輸出型等各種類(lèi)型pwm器件的參數測試，全面覆蓋pwm器件內部的電壓基準、誤差放大、電流限制、振蕩、脈寬調制、啟動(dòng)、關(guān)閉、總體等各部分的參數。同時(shí)，系統可提供常用pwm器件的測試適配器及相應測試軟件，用戶(hù)也可利用系統提供的基于windows的非語(yǔ)言化交互式編程平臺方便地編制測試程序。
　　經(jīng)過(guò)生產(chǎn)調試，該系統達到了預計的設計要求，測試精度和穩定性完全滿(mǎn)足生產(chǎn)商和用戶(hù)的測試要求。