電源測試全攻略（三）：白盒測試

測試方法：

A、測試功率半導體器件在最?lèi)毫訔l件下的Vds電壓波形，確定最高電壓和最大尖鋒電壓。由于Vds的電壓比較高，而且最大的電壓尖鋒的頻率能夠達到30-40MHz，故一般的測試時(shí)，電壓尖鋒小于300V的，可采用一般的示波器原配探頭(一般額定電壓為300，帶寬為100M或50M，測試的波形不會(huì )失真)，當電壓尖鋒大于300V時(shí)，測試以高壓無(wú)源探頭的測試結果為準(帶寬為100M)，測試的波形一般也不會(huì )失真。對于有源高壓探頭，因為帶寬較窄，一般為20MHz，容易失真，不建議使用。

對于電壓應力的測試，主要測試在動(dòng)態(tài)情況下的電壓應力(因為穩態(tài)情況下的電壓應力較小)，具體的測試條件如下：

(1)輸入電壓為最高電壓，分別測試輸出空載、滿(mǎn)載、限流狀態(tài)、空載滿(mǎn)載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，tr和tf為1A對應20us)，空載到短路情況下，器件的電壓應力。改變輸入電壓，在最低輸入電壓和額定輸入電壓下重新以上的測試。記錄測試的最大應力，記錄超標的電壓波形。

(2)輸入電壓在最大電壓和最下電壓之間跳變(跳變時(shí)間為20ms)分別測試輸出空載、滿(mǎn)載、限流狀態(tài)、空載滿(mǎn)載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，tr和tf為1A對應20us)，空載到短路情況下，器件的電壓應力。

(3)模擬系統上運行的情況測試下，在系統上，當模塊處于浮充狀態(tài)，監控使模塊變?yōu)榫?，這時(shí)由于模塊電壓上升速度不一致，導致電壓上升較快的模塊瞬間承受過(guò)高的功率，同時(shí)模塊又沒(méi)法短路回縮(電壓高于短路回縮點(diǎn))，這是模塊的應力比較大，肯可能會(huì )導致器件應力超標。具體的模擬方法：如測試25A(或50A模塊)時(shí)，用100A的模塊和25A模塊(或50A模塊)并聯(lián)，然后帶100A的負載，調節100A模塊的輸出電壓為43A，25A(或50A)模塊的電壓為42V，這時(shí)25A(或50A)模塊沒(méi)法帶載輸出，突然調節25A(或50A)模塊的電壓為58V，這時(shí)25A(或50A)模塊電壓上升，從而瞬時(shí)帶100A的負載，測試這時(shí)的管子電壓應力。

對于100A模塊，可以采用機柜進(jìn)行模擬以上的現象，主要是讓模塊子瞬間帶很大的負載而又不讓模塊回縮，測試這時(shí)的電壓應力。具體可以根據實(shí)際的使用電路分析和測試分別模塊的最大電壓應力。

B、電流應力測試

測試功率器件載最?lèi)毫訔l件下的Ids電流波形，確定最高工作電流和最大尖鋒電流，具體的測試條件如下：

(1)輸入電壓最低電壓，輸出電壓為最大，分別測試輸出滿(mǎn)載、限流、空載滿(mǎn)載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，tr和tf為1A對應20us)，空載到短路情況下，器件的電流應力。

(2)輸入電壓載最大電壓和最小電壓之間跳變(跳變時(shí)間為201ms)，分別測試輸出滿(mǎn)載、限流、空載滿(mǎn)載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，tr和tf為1A對應20us)，空載到短路情況下，器件的電流應力。

具體可根據實(shí)際使用電路分析和測試，分別求出使用的最大額定電流。

C、溫度應力

分別測試功率器件的最高溫升，溫升應該滿(mǎn)足降額要求。測試最高溫度下器件的殼溫是最直接的判據;作為替代方式可以測試常溫下的溫升ΔT，則器件的最高溫升為：

Tcasemax = Tenvmax +ΔT

Tjmax = Tcasemax + P*Rth

Tcasemax：最高殼溫;Tenvmax：最高環(huán)境溫度;Tjmax：最高結溫;P：器件的功耗;Rth：從結到殼的熱阻

測試時(shí)，溫度測試必須在最高的環(huán)境溫度下測試。

測試的條件為：輸入溫最低的輸入電壓，輸出為最大功率(最高的輸出電壓，額定的輸出電流)用多點(diǎn)溫度測試儀測試各個(gè)功率器件的溫升，同時(shí)打印溫度曲線(xiàn)，直到溫度曲線(xiàn)為平滑曲線(xiàn)為止(即溫度已達到穩定)。

同時(shí)必須測試風(fēng)扇損壞時(shí)，在最?lèi)毫忧闆r下的溫度應力，也必須滿(mǎn)足降額要求。

判斷標準：

(1)對于電壓應力，在各種條件下，滿(mǎn)足測試的最大Vds小于器件的額定工作電壓，合格;如果測試的最大Vds大于器件的額定工作電壓，項目組能夠出具體器件認證器件合格的《器件超額使用報告》，合格，否則不合格。

(2)對于電流應力，在各種條件下，滿(mǎn)足測試的最大電流小于器件的額定工作電流，合格;如果測試的最大電流大于器件的額定工作電流，項目組能夠出具體器件認證器件合格的《器件超額使用報告》，合格，否則不合格。

(3)對于溫度應力，必須有15oC的降額，也就是說(shuō)，在最高的環(huán)境溫度下測試，器件的表面溫度必須小于(器件的額定結溫-15oC-P*Rth)，一般P*Rth取15oC，符合上述說(shuō)明，合格;否則不合格。

4 磁性器件的測試

測試說(shuō)明：

電路中磁性元件主要在輸入共模電感、PFC電感、變壓器、濾波電感、輸出共模電感、驅動(dòng)變壓器、諧振電感等處使用，起著(zhù)EMI濾波及能量傳遞等作用，評價(jià)磁性元件應用是否恰當主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

A、是否存在飽和現象

B、溫升是否滿(mǎn)足要求，磁性溫升是因為鐵損(渦流損耗、磁滯損耗)和銅損造成。

常用的磁性材料有：鐵氧體、坡莫合金、非晶態(tài)合金等，根據其特性，分別應用在不同的場(chǎng)合。

正確的設計才能保證磁性元件應用的合理，由于隨溫度的變化磁心的特性有較大的變化，因此最?lèi)毫拥臈l件下的驗證是必要的。

測試方法：

(1)輸入和輸出共模電感

一般不會(huì )存在飽和問(wèn)題，其主要作用是實(shí)現EMI要求，同時(shí)有抑制輸入的共模串擾的作用，其考慮主要是良好的絕緣，在要求頻段內的電感量，分步電容小，溫升滿(mǎn)足要求。前三點(diǎn)由EMC測試保證，溫升需要測試，測試常溫下最大電流(銅耗最大)條件下的溫升ΔT，以衡量設計的合理性。

(2)PFC電感

PFC電感在功率回路中起能量傳遞的作用，雖然一般PFC控制芯片具有限流作用，但是電感的飽和降引起嚴重溫升和輸入電流波形畸變，因此需測試最?lèi)毫訔l件下的工作情況。

A、測試最低電壓輸入，最大功率輸出時(shí)的PFC電感電流波形，電流波形不會(huì )出現非正常的上翹，即不會(huì )飽和(動(dòng)態(tài)情況下，不作為磁性器件的要求，但其他器件的降額必須滿(mǎn)足降額)。

B、降輸入電壓調整為在欠壓點(diǎn)+5V(持續時(shí)間為200ms)、過(guò)壓點(diǎn)-5V(持續時(shí)間為200ms)之間跳變，輸出調整為最大線(xiàn)形負載時(shí)，測試PFC電感電流波形，電流波形不會(huì )出現非正常的上翹，即不會(huì )飽和。同時(shí)，需要在最低輸入電壓時(shí)分別測試輸出滿(mǎn)載、限流、空載滿(mǎn)載跳變、空載到限流、空載到深度限流，電感電流的波形，判斷是否能夠滿(mǎn)足要求。

C、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試常溫下的溫升ΔT，應滿(mǎn)足溫升要求。

D、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試最高工作溫度下的溫升ΔT，與常溫比較無(wú)太大差異，且磁心溫度不會(huì )超標。

(3)變壓器

隨電路拓撲不同，變壓器的要求也不同，不考慮集成磁情況，一般雙極性變壓器(如全橋、半橋、推挽等開(kāi)關(guān)電源變壓器)，單端正激類(lèi)變壓器，單端反激類(lèi)變壓器類(lèi)型，且與具體采用的復位技術(shù)有關(guān)。

變壓器的飽和溫升問(wèn)題是值得注意的問(wèn)題，可以從以下方面考慮：

A、變壓器最大輸入電流(變壓器輸入電壓最低，輸出功率最大)情況下的電流波形不應出現異常的上翹。

B、將輸入電壓調整為在欠壓點(diǎn)+5V(持續時(shí)間為50ms)、過(guò)壓點(diǎn)-5V(持續時(shí)間為50ms)之間跳變，輸出調整為最大線(xiàn)形負載(持續時(shí)間為500ms)、空載(持續時(shí)間為500ms)之間跳變，測試變壓器的電流波形，電流波形不會(huì )出現非正常的上翹，激即不會(huì )飽和。同時(shí)，需要在最低輸入電壓時(shí)分別測試輸出滿(mǎn)載、限流、空載滿(mǎn)載跳變、空載到限流、空載到深度限流，電感電流的波形，判斷是否能夠滿(mǎn)足要求。

C、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試常溫下的溫升ΔT，應滿(mǎn)足溫升要求。

D、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試最高工作溫度下的溫升ΔT，與常溫比較無(wú)太大差異，且磁心溫度不會(huì )超標。

(4)輸出濾波電感

輸出濾波電感工作在直流狀態(tài)下，電感量的大小影響主電路的工作穩定性和特性。

輸出濾波電感要求在最?lèi)毫拥那闆r下不出現飽和現象，溫升滿(mǎn)足要求。

A、電感中流過(guò)最大電流(電流輸出處于限流狀態(tài)，輸出最大電流時(shí))情況下的電流波形不應出現異常的上翹。

B、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試常溫下的溫升ΔT，應滿(mǎn)足溫升要求。

D、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試最高工作溫度下的溫升ΔT，與常溫比較無(wú)太大差異，且磁心溫度不會(huì )超標。

判斷標準：

(1)測試中電感或變壓器中電流在最?lèi)毫訝顩r下不會(huì )出現飽和;

(2)常溫下的磁性元件溫升和最高工作溫度下的溫升現象;

(3)換算到最高溫度及最?lèi)毫虞敵鰻顟B(tài)下磁性元件及其線(xiàn)包上的表面溫度不超過(guò)安規的規定。對于絕緣等級A(105度)，任何情況下，表面溫度不能超過(guò)90度;對于絕緣等級B(130度)，任何情況下，表面溫度不能超過(guò)110度;對于絕緣等級F(155度)，任何情況下，表面溫度不能超過(guò)135度;對于絕緣等級H(180度)，任何情況下，表面溫度不能超過(guò)150度。

(4)磁性元件內部的溫升不能超過(guò)《器件認證降額規范》要求的降額。