電源測量小貼士，泰克專家支招

　　編者按：電源設(shè)計人員的需求正變得越來越高，他們面臨著巨大的壓力，需要改善效率，降低成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。電源設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，這一過程有許多校驗點。在這組博文中，我們將向您介紹10個設(shè)計階段中每個設(shè)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(shè)計中，第一步都要選擇元器件。良好的電源設(shè)計離不開電源元器件及控制芯片?？紤]到所有選項，為最優(yōu)設(shè)計選擇適當?shù)碾娫丛骷赡軙悬c麻煩?？s小范圍，找到適當?shù)脑骷?，本身就非常繁瑣。各個制造商的產(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(shè)計中提供最優(yōu)操作。在鎖定設(shè)計前，必需分析選定元器件在特定應(yīng)用中的特性，這可以明顯節(jié)省時間，減少問題。

　　某些關(guān)鍵電源元器件，如MOSFETs和IGBTs，應(yīng)根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)進行選擇，如額定電壓和電流、開機時間和關(guān)閉時間、輸入和輸出電容、開點狀態(tài)電阻和閉點狀態(tài)特點。

　　制造商產(chǎn)品技術(shù)資料最重要的細節(jié)之一可能是安全作業(yè)區(qū)(SOA)圖。應(yīng)采取相應(yīng)措施，了解在不同電壓和電流參數(shù)下的這一特點。問題是，制造商提供的大多數(shù)SOA圖并沒有提供完整的畫面，因為這些圖只在25°C下有效。僅依據(jù)這些數(shù)據(jù)會給實現(xiàn)和設(shè)計帶來重大風(fēng)險，特別是熱量設(shè)計。必需在實際環(huán)境中分析部件特點，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(shè)計的這個階段沒有原型，很難仿真預(yù)計的額定電流和電壓。解決這個問題的最好方式是使用源測量單元，它可以驅(qū)動幾十安培的電流，生成可以測量的電壓。這有助于為應(yīng)用獲得實際I-V特點?？梢允褂孟嗤脑O(shè)備，測量開點狀態(tài)特點的小的差異，如柵極閾值電壓、增益和開點電阻。同樣，對低電流閉點狀態(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。在簡單的兩端子器件或比較復(fù)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，一定要使用能夠測試器件DC工作電壓整個范圍的電容測量系統(tǒng)。注意，傳統(tǒng)LCR儀表會告訴你電容，但不是在整個工作電壓中。

　　吉時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(shù)發(fā)生器，為這類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，從幾µV到3 KV，從幾fA到100 A。一個很好的插件是IVy應(yīng)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縫執(zhí)行電壓-電壓(I-V)特性分析。

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

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

　　原型制作是設(shè)計中比較激動人心的步驟之一。在這個階段，在理想情況下，您已經(jīng)看到設(shè)計愿景就要變成現(xiàn)實，如果一切能夠照計劃進行的話?？赡軙霈F(xiàn)很多問題，如電路板布線、焊點、元器件貼裝和寄生電容等，因此在測試原型電源時，最好要審慎。

　　這是一種常見作法，但仍需指出的是，應(yīng)使用數(shù)字萬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，確保電路不會非故意短路。應(yīng)盡可能把低壓模擬電路和數(shù)字電路隔離成多個子電路，這在發(fā)生問題時有助于調(diào)試問題及控制損失。

　　電路板很可能至少有一個輔助電源。下一步是隔離這個電源，在有負載和沒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題?？梢允褂镁苋f用表檢查電壓和紋波，如DMM 7510 (如上圖所示)，確保所有指標都滿足規(guī)范。DMM7510的圖形界面也可以幫助您在屏幕上觀察高頻紋波。如果您想進一步了解紋波測量，這里的應(yīng)用指南為您介紹了詳細的測量過程。

　　在隔離電源的同時，應(yīng)檢查機載電源供電的所有低壓電路。應(yīng)使用隔離DC電源，如吉時利2280S，為各個低壓子電路供電，而不是使用機載電源。這將有助于隔離與各個子電路有關(guān)的問題。

　　機載電源偶爾有多個輸出，您可以使用擁有多條隔離通道的DC電源?？梢允褂肈C電源，同時顯示編程設(shè)置和實際被測輸出。您可以查看DC階段是否吸收太多的電流。另一個選項是在電源和被測器件之間連接一臺DMM，如DMM 7510，密切監(jiān)測吸收電流和功耗。在這個階段，您還應(yīng)根據(jù)需要測試每條子電路的待機電流和狀態(tài)電流。吉時利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(xiàn)代高效設(shè)計中進行超低電流測試。

　　最后，如果您需要為被測系統(tǒng)提供精密電壓，可以考慮使用4線遠程傳感臺式電源。這種設(shè)備可以消除臺式電源與被測系統(tǒng)之間的導(dǎo)線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進行原型測試的各個步驟。此外，我們將為您推薦完成這些任務(wù)所需的最佳儀器。

　　在第一次開機過程中，我們先把高壓階段與低壓階段隔開。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(shè)計的最低AC電壓入手，這是一個關(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(shè)計錯誤等潛在問題導(dǎo)致的熔斷。

　　現(xiàn)在開始測量AC輸入電壓和電流。我們建議使用相應(yīng)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(tǒng)吸收的低AC輸入電流，實際上您會提高探頭看到的電流。為此，把線路導(dǎo)體簡單地多次循環(huán)通過鉗夾。記住，要把電流讀數(shù)除以圈數(shù)。

　　現(xiàn)在準備就緒，被測器件即將通電。但在通電前，應(yīng)在AC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。

　　如果您想記錄啟動電流，可以使用擁有連續(xù)記錄功能的功率分析儀。在開機過程中發(fā)生災(zāi)難性故障時，這有助于保存數(shù)據(jù)，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，可以幫助您在開機過程中測量和調(diào)試輸入AC功率參數(shù)。

　　一旦檢查了各個項目，現(xiàn)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(xù)博文，了解檢查控制邏輯有關(guān)的各個步驟。

　　在這篇博文中，我們將向您介紹檢查電源設(shè)計控制邏輯的基礎(chǔ)知識。

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

• 在開機過程中測量開關(guān)器件驅(qū)動裝置上的調(diào)制信號，檢驗不同負載下開關(guān)頻率、脈寬和占空比是否正確

• 通過使用控制環(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

　　在這個時候，必需監(jiān)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(yīng)(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(yù)期的東西。

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

　　對數(shù)控電壓，您需要捕獲模擬信號、數(shù)字信號和串行總線控制信號的時間相關(guān)視圖。您可以查看系統(tǒng)操作，確保系統(tǒng)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(zhuǎn)換成完善的調(diào)試和分析工具。這個軟件可以為多項測量配備自定義設(shè)置。您還可以測量和分析開關(guān)器件中的功耗，分析磁性參數(shù)，所有這一切都從一次采集中獲得。

　　一旦全面調(diào)試設(shè)計的控制邏輯，應(yīng)檢查電源階段的開關(guān)特點。在下一篇博文中，我們將介紹怎樣檢查電源階段的開關(guān)特點。如需進一步了解DPOPWR軟件，請參閱：http://www.tek.com/datasheet/dpopwr-datasheet-0。

　　在這篇博文中，我們將介紹在無負載、標稱負載和全負載條件下測試開關(guān)特點的各個步驟。

　　在開始前，應(yīng)確保所有開關(guān)的啟動、關(guān)閉、占空比和死區(qū)時間都符合預(yù)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和關(guān)閉時間。

　　盡管電源的幾乎所有組件都會發(fā)生能量損耗，但絕大部分損耗發(fā)生在開關(guān)晶體管從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到打開狀態(tài)（或反之）的時候。使用所有開關(guān)周期的啟動損耗和關(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關(guān)損耗，如下圖所示。

　　這時，要檢查所有 VGS 信號的噪聲和碰撞。這是一個重要步驟，因為這個端子上任何非預(yù)計的毛刺都可能會導(dǎo)致不想要的啟動和擊穿。為保證不可能出現(xiàn)擊穿，應(yīng)檢查同步整流器或H橋接器的死區(qū)時間。

　　然后，檢驗門驅(qū)動器和相關(guān)儀器之間的定時關(guān)系，確保其與設(shè)計的計算結(jié)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(yīng)額定電壓的差分探頭。一定不要浮動示波器，因為其會導(dǎo)致不好的結(jié)果。您可以考慮TDP1000、TDP0500或P6251高壓差分探頭，具體視應(yīng)用而定。每種探頭都實現(xiàn)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。

　　毫無疑問，很難測量浮動門信號。我們建議在門驅(qū)動器輸入上探測信號，這樣您可以檢驗頂部FET與底部FET之間的死區(qū)時間。

　　在最低電壓轉(zhuǎn)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。

　　如需了解開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗測試要點，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關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗的各個步驟。

　　記住，經(jīng)過電源開關(guān)和磁性器件的開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗對系統(tǒng)整體損耗有著巨大影響，正因如此，應(yīng)盡可能精確地使這些損耗達到最小，這一點至關(guān)重要。

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

　　在測試時，首先應(yīng)檢查整流器開關(guān)，如電路活動和負載時MOSFETs、IGBTs和磁性器件的損耗。由于大多數(shù)磁性器件采用定制設(shè)計，如開關(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。

　　在測量開關(guān)損耗時，我們推薦使用MS05000B示波器，并配備相應(yīng)的電壓探頭和電流探頭。為實現(xiàn)最好的精度和可重復(fù)性，在進行任何測量前應(yīng)先校正探頭時延，為了保證確定周期內(nèi)結(jié)果的準確性，應(yīng)使用濾波功能和平均功能。

　　在使用示波器測量開關(guān)損耗時，先把電壓乘以電流。然后取啟動或關(guān)閉過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化這個過程，因此我們強烈推薦使用功率分析軟件。

　　為動態(tài)測試磁性功率損耗和磁性屬性，建議使用我們的DPOPWR軟件。這個軟件提供了自動計算功能，在電路活動時，可以測量高功率開關(guān)上的可重復(fù)開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗。

　　在一切就緒后，您可以轉(zhuǎn)向第7篇博文，其將介紹效率和規(guī)范測試。

　　在本篇電源測試博文中，我們將介紹電源指標檢查。在這個部分，您要確保設(shè)計滿足效率標準和其他要求的規(guī)范，如線路和負載穩(wěn)壓、紋波、噪聲、短路保護、瞬態(tài)響應(yīng)和效率。

　　首先檢查負載穩(wěn)壓。我們建議在設(shè)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，非常重要的一點是在測試過程中使輸入電壓保持恒定?，F(xiàn)在，記錄輸出電壓相對于負載的任何變化，確定負載穩(wěn)定。

　　其次，檢查線路穩(wěn)壓?？梢允褂妙愃频脑O(shè)置測試線路穩(wěn)壓，其中在恒定負載中測量輸出電壓，同時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優(yōu)化的示波器或高精度圖形采樣萬用表。示波器一般會提供更高的帶寬，而萬用表的精度則要更高。

　　吉時利DMM7510圖形采樣萬用表是一個優(yōu)秀的備選方案。這臺儀器有一個18位1 MS/s數(shù)字化器，可以捕獲快速瞬態(tài)信號和小紋波。同時，它可以在5英寸大型觸摸屏界面上顯示結(jié)果。

　　在進行規(guī)范檢查時，一定要使用功率分析儀記錄效率，同時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，可以從無負載到全負載準確地進行效率和功率測量。下圖是AC-DC電源效率測量的典型設(shè)置。

　　如果您打算使用示波器測量低電平電壓，如紋波，應(yīng)使探頭衰減達到最小(可能時采用1X或2X)。這將在示波器測量中提供最好的信噪比。此外，在線路或負載穩(wěn)壓測試中，永遠不要依賴AC電源或電子負載讀數(shù)，而是應(yīng)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(yīng)使用低電感接地彈簧探頭適配器(或類似裝置)。標準探頭地線可以作為天線，從熒光燈和其他來源中撿拾環(huán)境噪聲，可能會在讀數(shù)中產(chǎn)生明顯誤差。

　　在第8篇博文中，我們將討論電源線一致性測試。

　　第一臺原型應(yīng)已經(jīng)能夠啟動運行?，F(xiàn)在應(yīng)檢查設(shè)計，確保其滿足本地電源線標準。

　　在開始測試前，應(yīng)該指出，大多數(shù)AC-DC電源都是為使用AC墻上插座而設(shè)計的。因此，它們需要滿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(yīng)一直在設(shè)計周期早期執(zhí)行一致性測試，以幫助您避免未來發(fā)生的問題。

　　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(shè)計滿足IEC 62301。必需注意，在測量低的和失真的待機功率時，必需復(fù)核連接。一定要確保連接電流并聯(lián)源側(cè)的電壓表通道，從而不會測量經(jīng)過電壓表阻抗的電流。這一步非常關(guān)鍵，因為線序不正確可能會導(dǎo)致明顯錯誤。

　　連接市電的幾乎所有電氣設(shè)備和電子設(shè)備，包括16A及以下的額定輸入電流，都必須滿足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(zhí)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(yù)一致性測試解決方案。對預(yù)算有限的設(shè)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(yīng)用，泰克接續(xù)盒是必備工具，它為負載測量和源側(cè)測量提供了兩個不同的端子。此外，接續(xù)盒使用方便安全，可以獲得準確的低功率讀數(shù)，執(zhí)行待機功率測試。

　　本系列博文共10篇，第9篇將考察EMI調(diào)試和預(yù)一致性測試。另外，對高效應(yīng)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，將重點考察EMI和RFI 測試。由于測試難度和測試成本，這個階段經(jīng)常被忽略。但是，隨著設(shè)計期限的迫近，忽略這個步驟可能會導(dǎo)致意外事件和延遲。我們強烈推薦在設(shè)計早期測試EMC問題，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(yù)先確定的EMI一致性測試模板，在去測試機構(gòu)進行一致性測試之前找到這些討厭的EMI問題。

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

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

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

　　如需操作指引及了解怎樣執(zhí)行EMI測試和調(diào)試，可以下載實用EMI調(diào)試應(yīng)用指南。

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