使用示波器自動(dòng)化測(cè)量電源開(kāi)關(guān)損耗

—— 測(cè)試案例分享

作者：時(shí)間：2024-08-23 來(lái)源：EEPW

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202408/462280.htm

開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)前電子信息飛速發(fā)展不可或缺的電源方式之一。開(kāi)關(guān)電源以其功耗小、效率高、節(jié)能效果顯著的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)類(lèi)電子以及各類(lèi)供電系統(tǒng)當(dāng)中，成為一種主流的電源產(chǎn)品。

測(cè)試需求

開(kāi)關(guān)電源集成化是電源未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，這也就意味著功率密度將會(huì)越來(lái)越大，對(duì)工藝要求也會(huì)越來(lái)越高，在半導(dǎo)體器件和磁性材料沒(méi)有新的突破之前，技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)將集中在如何提高開(kāi)關(guān)電源的效率和減小重量上。

典型開(kāi)關(guān)式電源的效率可能約為87%，也就是會(huì)有13%的輸入功率在電源內(nèi)部耗散，主要表現(xiàn)以廢熱的形式。在這些損耗中，很大一部分耗散在開(kāi)關(guān)器件，通常是MOSFETs或IGBTs，而開(kāi)關(guān)器件最主要損耗便是：開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗。

測(cè)試原理及方法

在理想情況下，開(kāi)關(guān)器件像照明開(kāi)關(guān)一樣要么“開(kāi)”、要么“關(guān)”，并在這兩種狀態(tài)之間瞬時(shí)切換。在“開(kāi)”的狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)的阻抗是零，開(kāi)關(guān)中沒(méi)有功率耗散，而不管有多少電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)。在“關(guān)”的狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)的阻抗是無(wú)窮大，流經(jīng)的電流是零，因此也沒(méi)有功率耗散。

在實(shí)際中，某些功率是在“常開(kāi)”（傳導(dǎo)）的狀態(tài)過(guò)程中耗散的；還有一些功率損耗，是在“開(kāi)”和“關(guān)”（關(guān)閉）轉(zhuǎn)換、在“關(guān)”和“開(kāi)”（打開(kāi)）轉(zhuǎn)換期間耗散的，通常后者比前者明顯要高得多。

圖1

之所以出現(xiàn)這些不理想的情況，是因?yàn)殡娐分写嬖谥纳鷧?shù)。如圖1所示，柵極上的寄生電容會(huì)降慢器件的開(kāi)關(guān)速度，延長(zhǎng)打開(kāi)時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間。在漏極電流流動(dòng)時(shí)，MOSFET漏極和源極之間的寄生電阻都會(huì)耗散功率。

示波器測(cè)試開(kāi)關(guān)損耗的原始辦法：需要工程師手動(dòng)設(shè)置選通，并添加數(shù)學(xué)公式，這樣便會(huì)導(dǎo)致不同工程師略微不同的設(shè)置方法引起不同的測(cè)試結(jié)果。為了避免人工誤差，現(xiàn)流行使用軟件進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

示波器測(cè)試開(kāi)關(guān)損耗的新方案：泰克的POWER高級(jí)功率測(cè)量和分析軟件為開(kāi)關(guān)損耗測(cè)量提供了定制化自動(dòng)設(shè)置功能，并且符合 IEC60747-8 和 IEC60747-9 的測(cè)試方法，告別復(fù)雜設(shè)置，現(xiàn)在只需按一個(gè)按鈕，就可以執(zhí)行全套開(kāi)關(guān)損耗功率和能量測(cè)量。

軟件中可以選擇算法模型，支持MOSFET和BJT/IGBT算法；電源類(lèi)型支持SMPS、PFC和Flyback；可以使用自動(dòng)幅度和上升時(shí)間測(cè)量，確定信號(hào)的幅度，設(shè)置10% 和90% 幅度時(shí)的測(cè)量門(mén)限值，然后測(cè)量信號(hào)的上升時(shí)間。此外，在復(fù)雜的信號(hào)中，可以使用光標(biāo)選通功能，把測(cè)量重點(diǎn)放在波形的特定部分。然后把幅度乘以80%，除以上升時(shí)間指標(biāo)，計(jì)算得出轉(zhuǎn)換速率。還支持繪制出軌跡圖，方便設(shè)計(jì)工程師對(duì)其進(jìn)行分析優(yōu)化。這一款軟件可以極大提高工作效率，縮短項(xiàng)目工期，并減少人為誤差，是當(dāng)前很多開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)工程師的新寵。

POWER高級(jí)功率測(cè)量和分析軟件能夠覆蓋電源設(shè)計(jì)全流程測(cè)試，從電源的輸入到輸出，再到功率級(jí)和環(huán)路分析，都可以在一臺(tái)示波器上實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化測(cè)試，具體POWER內(nèi)容可查看《使用5-PWR應(yīng)用軟件進(jìn)行電源測(cè)量和分析》應(yīng)用指南。