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測(cè)試背景
開(kāi)關(guān)電源，是一種通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的日益成熟，使得電源設(shè)備或模塊的體積和重量都日益減小，轉(zhuǎn)換效率也越來(lái)越高。負(fù)載設(shè)備因應(yīng)用場(chǎng)合的不同，對(duì)電源可承受工作電流、輸入電網(wǎng)環(huán)境、輸出穩(wěn)定性等指標(biāo)的要求也不盡相同。綜合評(píng)估動(dòng)態(tài)的電源工作狀態(tài)，示波器絕對(duì)是開(kāi)關(guān)電源完整性測(cè)試的首選必備儀器。以下為安泰工程師為大家推薦的開(kāi)關(guān)電源完整性測(cè)試方案。
主要測(cè)試項(xiàng)目：
電源質(zhì)量，電流諧波，突入電流，開(kāi)關(guān)損耗，安全工作區(qū)，調(diào)制分析，紋波和噪聲
測(cè)試前需要思考和準(zhǔn)備的工作：
- 浮地測(cè)試的正確方法？
- 無(wú)源探頭的補(bǔ)償
- 電流探頭的消磁與偏置校準(zhǔn)
- 電壓/電流通道的延時(shí)校準(zhǔn)
浮地測(cè)試
電源測(cè)試中大量電壓測(cè)試為浮地測(cè)試，即不以地作參考的差分電壓測(cè)試。
正確安全的浮地測(cè)試必須使用差分探頭，剪斷示波器地線或使用隔離變壓器供電的方法是錯(cuò)誤和危險(xiǎn)的！
因?yàn)槭静ㄆ鹘拥攸c(diǎn)上的電位，會(huì)與示波器探頭地線連接電路的電壓一致，浮地電壓甚至可達(dá)上百伏！這會(huì)導(dǎo)致金屬機(jī)箱、示波器BNC負(fù)極等人手容易觸碰的地方帶電，非常危險(xiǎn)！
A-B測(cè)量法
使用兩只普通的無(wú)源電壓探頭，在示波器的兩個(gè)通道上進(jìn)行測(cè)量，然后使用Math運(yùn)算功能做CH1-CH2，也可以進(jìn)行浮地測(cè)量。但缺點(diǎn)是需占用2個(gè)通道，且最大的限制主要來(lái)自于共模電壓測(cè)量范圍極小，時(shí)常遇到兩通道電壓都很高但差值很小的情況，測(cè)量誤差極大。
示波器電源未接地線可能存在的危害：
- 操作人員可能觸電，非常的危險(xiǎn)；
- 分布電容，會(huì)對(duì)待測(cè)點(diǎn)帶來(lái)較大的容性負(fù)載，可能損壞待測(cè)電路；
- 分布電感，可能帶來(lái)并不存在的振鈴現(xiàn)象；
- 未接地的示波器，其EMC性能在一定程度上會(huì)降低，導(dǎo)致示波器壽命降低，同時(shí)也會(huì)受到空間電磁波干擾或者干擾被測(cè)電路，導(dǎo)致波形失真。
無(wú)源探頭補(bǔ)償
大多數(shù)探頭被設(shè)計(jì)為匹配特定的示波器的輸入電路，然而不同的示波器之間有細(xì)微的變化，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也會(huì)有。
一個(gè)未經(jīng)補(bǔ)償?shù)奶筋^可能會(huì)導(dǎo)致各種各樣的測(cè)量錯(cuò)誤，特別是測(cè)量脈沖上升或下降時(shí)間。
高壓差分探頭還會(huì)有直流偏置，也需要在測(cè)試前校準(zhǔn)！
因此，在首次使用無(wú)源探頭、高壓差分探頭以及電流探頭時(shí)，需要預(yù)先做好補(bǔ)償&校準(zhǔn)工作。
電流探頭消磁和偏置校準(zhǔn)
電流探頭在儀器上電、掉電或輸入電流過(guò)大時(shí)，需進(jìn)行消磁操作！在電流探頭測(cè)量電流前，LOCK狀態(tài)下有直流偏置時(shí)，也必須進(jìn)行校準(zhǔn)！電流探頭切換垂直檔位到更小檔位時(shí)，也需要重新調(diào)零！
電壓/電流通道延時(shí)校準(zhǔn)
電壓探頭&電流探頭，連接在示波器的2個(gè)通道上，信號(hào)在不同傳輸路徑上的時(shí)間延遲必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，以保證功率測(cè)量的準(zhǔn)確性
電源輸入端分析
電源質(zhì)量分析：確定電源線上的功率消耗及電能質(zhì)量。
電流諧波分析：測(cè)量開(kāi)關(guān)電源是否符合IEC61000-3-2電流諧波標(biāo)準(zhǔn)。
按對(duì)諧波電流之限制，設(shè)備可被分為以下4類(lèi)：
A類(lèi)：平衡的三相設(shè)備、家用電器（不包括列入D類(lèi)的設(shè)備）、工具（不包括便攜式工具）、白熾燈調(diào)光器、音頻設(shè)備，以及未規(guī)定為B/C/D類(lèi)的設(shè)備
B類(lèi)：便攜式電動(dòng)工具、不屬于專(zhuān)用設(shè)備的弧焊設(shè)備
C類(lèi)：照明設(shè)備
D類(lèi)：功率不大于600W 的下列設(shè)備：個(gè)人計(jì)算機(jī)以及顯示器、電視接收機(jī)
浪涌電流分析：確認(rèn)流過(guò)各元器件的電流是否超過(guò)了允許值。
開(kāi)關(guān)電源第一次打開(kāi)時(shí)，輸入端的濾波電容相當(dāng)于瞬間短路，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升時(shí)間較快，幅度較大（正/負(fù)）的瞬態(tài)開(kāi)機(jī)電流。
執(zhí)行浪涌電流測(cè)量，可以確認(rèn)AC開(kāi)關(guān)、整流橋、保險(xiǎn)絲、EMI濾波器是否超過(guò)允許電流限制。反復(fù)開(kāi)關(guān)環(huán)路，AC輸入電壓不應(yīng)損壞電源，或?qū)е卤ｋU(xiǎn)絲燒斷一般會(huì)將示波器設(shè)置為峰值檢測(cè)模式，使用單次觸發(fā)捕獲波形。
開(kāi)關(guān)器件分析
開(kāi)關(guān)損耗分析：測(cè)量開(kāi)關(guān)器件的功率和能量損耗大小。
理想狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)損耗=導(dǎo)通損耗(VDS=0V)+關(guān)斷損耗(IDS=0A)=0W。
但實(shí)際情況并非那么令人滿意，開(kāi)關(guān)電源的功率和能量損耗大部分出現(xiàn)在在晶體管的開(kāi)啟和關(guān)閉切換時(shí)間里，即T1-T2和T3-T4時(shí)段。另外在T2-T3時(shí)段里，晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)電壓為晶體管最小飽和電壓，并產(chǎn)生電流，這也會(huì)引入功率損耗。
在晶體管關(guān)斷階段，損耗微乎其微，理論上可視為零。但有一種可能也會(huì)引入功率損耗，那就是電流探頭未經(jīng)偏置校準(zhǔn)。這種損耗，在開(kāi)關(guān)電源里并未實(shí)際發(fā)生，但因測(cè)量方法的不當(dāng)，得到了錯(cuò)誤的結(jié)果。
所以，我們強(qiáng)調(diào)在測(cè)量之前，一定要對(duì)電流探頭和電壓探頭進(jìn)行偏置校準(zhǔn)和補(bǔ)償。另外還需要對(duì)電壓和電流通道間的延時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，以確T1/T2/T3/T4時(shí)間差的準(zhǔn)確性。
安全工作區(qū)SOA：
開(kāi)關(guān)器件應(yīng)工作在安全工作區(qū)內(nèi)，此指標(biāo)可通過(guò)開(kāi)關(guān)器件數(shù)據(jù)手冊(cè)查詢得到
此指標(biāo)，主要反映開(kāi)關(guān)器件漏極-源極電壓和源極電流在安全工作狀態(tài)下的關(guān)系。
調(diào)制分析：
反饋控制環(huán)路目的是穩(wěn)定輸出電壓，調(diào)制分析正是分析開(kāi)關(guān)電源的控制環(huán)路特性。
電源輸出端分析
紋波和噪聲：PARD (periodic and random deviation 周期和隨機(jī)性干擾)
低頻紋波：主要為50Hz工頻及其諧波成分，幅值小，易濾除
高頻紋波：主要為開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通和截止的過(guò)程中產(chǎn)生的干擾
控制環(huán)路：控制環(huán)路并非實(shí)時(shí)響應(yīng)，無(wú)法做到完全的線性調(diào)節(jié)
測(cè)量建議：
- 盡量減少示波器探頭接地線的影響
- 摘去示波器探頭帽和接地鱷魚(yú)夾
- 使用接地彈簧針，并選擇離信號(hào)點(diǎn)最近的接地點(diǎn)接地
- 使用1:1衰減比例探頭
- 建議使用AC耦合
- 打開(kāi)示波器20MHz帶寬限制
- 可并聯(lián)0.1uF電容
- 示波器保持良好接地
開(kāi)關(guān)電源功率分析軟件
用途：控制和監(jiān)測(cè)示波器，記錄電壓和電流波形，采集測(cè)量數(shù)據(jù)，最終生成測(cè)試報(bào)告。
推薦型號(hào)：Ultra Power Analyzer(RIGOL)
適用主機(jī)：DS7000&DS6000 & DS4000 & DS2000A系列
電源測(cè)試中需要用到多種測(cè)試儀器，其中示波器和探頭最為常用。用戶需要根據(jù)測(cè)量信號(hào)的不同，選擇合適的高壓、高壓差分和電流探頭。配合軟件，用戶可以獲得電源特性相關(guān)的各種測(cè)量結(jié)果。
RIGOL推出的Ultra Power Analyzer電源分析軟件是一款基于PC的全功能電源分析測(cè)試軟件�？梢酝瓿啥囗�(xiàng)常用測(cè)試需求，采用在線和離線兩種方式分析測(cè)試結(jié)果，測(cè)試完成后，可以為用戶提供清晰明了的測(cè)試報(bào)告。
開(kāi)關(guān)電源測(cè)試常規(guī)推薦配置
電源是電子設(shè)備中重要的組成部分，開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和調(diào)試電源電路是產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。綜合評(píng)估動(dòng)態(tài)的電源工作狀態(tài)也是我們必不可少的一項(xiàng)工作。上述安泰工程師為大家分享的開(kāi)關(guān)電源完整性測(cè)試方案，希望給大家測(cè)試帶來(lái)幫助。
安泰安泰測(cè)試作為普源的一級(jí)代理商，為客戶提供產(chǎn)品選型、樣機(jī)演示及試用、售后培訓(xùn)、維修等一站式服務(wù)，讓客戶選型無(wú)憂，售后無(wú)煩惱。我們致力于與中國(guó)普源一起為國(guó)產(chǎn)儀器事業(yè)添磚加瓦。
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