電源測試大全（三）：白盒測試

短路回縮（電壓高于短路回縮點），這是模塊的應(yīng)力比較大，肯可能會導(dǎo)致器件應(yīng)力超標(biāo)。具體的模擬方法：如測試25A（或50A模塊）時，用100A的模塊和25A模塊（或50A模塊）并聯(lián)，然后帶100A的負(fù)載，調(diào)節(jié)100A模塊的輸出電壓為43A，25A（或50A）模塊的電壓為42V，這時25A（或50A）模塊沒法帶載輸出，突然調(diào)節(jié)25A（或50A）模塊的電壓為58V，這時25A（或50A）模塊電壓上升，從而瞬時帶100A的負(fù)載，測試這時的管子電壓應(yīng)力。

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

　　B、電流應(yīng)力測試

　　測試功率器件載最惡劣條件下的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，分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、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(fù)載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應(yīng)20us），空載到短路情況下，器件的電流應(yīng)力。

　?。?）輸入電壓載最大電壓和最小電壓之間跳變（跳變時間為201ms），分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、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(fù)載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應(yīng)20us），空載到短路情況下，器件的電流應(yīng)力。

　　具體可根據(jù)實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(yīng)力

　　分別測試功率器件的最高溫升，溫升應(yīng)該滿足降額要求。測試最高溫度下器件的殼溫是最直接的判據(jù)；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(jié)溫；P：器件的功耗；Rth：從結(jié)到殼的熱阻

　　測試時，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）用多點溫度測試儀測試各個功率器件的溫升，同時打印溫度曲線，直到溫度曲線為平滑曲線為止（即溫度已達(dá)到穩(wěn)定）。

　　同時必須測試風(fēng)扇損壞時，在最惡劣情況下的溫度應(yīng)力，也必須滿足降額要求。

　　判斷標(biāo)準(zhǔn)：

　?。?）對于電壓應(yīng)力，在各種條件下，滿足測試的最大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(rèn)證器件合格的《器件超額使用報告》，合格，否則不合格。

　?。?）對于電流應(yīng)力，在各種條件下，滿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(rèn)證器件合格的《器件超額使用報告》，合格，否則不合格。

　?。?）對于溫度應(yīng)力，必須有15oC的降額，也就是說，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(jié)溫-15oC－P*Rth），一般P*Rth取15oC，符合上述說明，合格；否則不合格。

　　4 磁性器件的測試

　　測試說明：

　　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(qū)動變壓器、諧振電感等處使用，起著EMI濾波及能量傳遞等作用，評價磁性元件應(yīng)用是否恰當(dāng)主要關(guān)注以下幾個方面：

　　A、是否存在飽和現(xiàn)象

　　B、溫升是否滿足要求，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(jù)其特性，分別應(yīng)用在不同的場合。

　　正確的設(shè)計才能保證磁性元件應(yīng)用的合理，由于隨溫度的變化磁心的特性有較大的變化，因此最惡劣的條件下的驗證是必要的。

　　測試方法：

　　（1）輸入和輸出共模電感

　　一般不會存在飽和問題，其主要作用是實現(xiàn)EMI要求，同時有抑制輸入的共模串?dāng)_的作用，其考慮主要是良好的絕緣，在要求頻段內(nèi)的電感量，分步電容小，溫升滿足要求。前三點由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(shè)計的合理性。

　?。?）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(yán)重溫升和輸入電流波形畸變，因此需測試最惡劣條件下的工作情況。

　　A、測試最低電壓輸入，最大功率輸出時的PFC電感電流波形，電流波形不會出現(xiàn)非正常的上翹，即不會飽和（動態(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足降額）。

　　B、降輸入電壓調(diào)整為在欠壓點+5V（持續(xù)時間為200ms）、過壓點-5V（持續(xù)時間為200ms）之間跳變，輸出調(diào)整為最大線形負(fù)載時，測試PFC電感電流波形，電流波形不會出現(xiàn)非正常的上翹，即不會飽和。同時，需要在最低輸入電壓時分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、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(yīng)滿足溫升要求。

　　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，與常溫比較無太大差異，且磁心溫度不會超標(biāo)。

　?。?）變壓器

　　隨電路拓?fù)洳煌?，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、推挽等開關(guān)電源變壓器），單端正激類變壓器，單端反激類變壓器類型，且與具體采用的復(fù)位技術(shù)有關(guān)。

　　變壓器的飽和溫升問題是值得注意的問題，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(yīng)出現(xiàn)異常的上翹。

　　B、將輸入電壓調(diào)整為在欠壓點+5V（持續(xù)時間為50ms）、過壓點-5V（持續(xù)時間為50ms）之間跳變，輸出調(diào)整為最大線形負(fù)載（持續(xù)時間為500ms）、空載（持續(xù)時間為500ms）之間跳變，測試變壓器的電流波形，電流波形不會出現(xiàn)非正常的上翹，激即不會飽和。同時，需要在最低輸入電壓時分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、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(yīng)滿足溫升要求。

　　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，與常溫比較無太大差異，且磁心溫度不會超標(biāo)。

　?。?）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(wěn)定性和特性。

　　輸出濾波電感要求在最惡劣的情況下不出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，溫升滿足要求。

　　A、電感中流過最大電流（電流輸出處于限流狀態(tài)，輸出最大電流時）情況下的電流波形不應(yīng)出現(xiàn)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(yīng)滿足溫升要求。

　　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，與常溫比較無太大差異，且磁心溫度不會超標(biāo)。

　　判斷標(biāo)準(zhǔn)：

　?。?）測試中電感或變壓器中電流在最惡劣狀況下不會出現(xiàn)飽和；

　?。?）常溫下的磁性元件溫升和最高工作溫度下的溫升現(xiàn)象；

　　（3）換算到最高溫度及最惡劣輸出狀態(tài)下磁性元件及其線包上的表面溫度不超過安規(guī)的規(guī)定。對于絕緣等級A（105度），任何情況下，表面溫度不能超過90度；對于絕緣等級B（130度），任何情況下，表面溫度不能超過110度；對于絕緣等級F（155度），任何情況下，表面溫度不能超過135度；對于絕緣等級H（180度），任何情況下，表面溫度不能超過150度。

　?。?）磁性元件內(nèi)部的溫升不能超過《器件認(rèn)證降額規(guī)范》要求的降額。

　　5 DC/DC反饋環(huán)測試

　　測試說明：

　　每種DC/DC主電路拓?fù)涠加衅涞湫偷姆答佇дW(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合適的校正網(wǎng)絡(luò)不但可以得到穩(wěn)定的靜態(tài)性能，而且可以獲得良好的動態(tài)特性，通過測試和調(diào)整可以獲得滿意的校正網(wǎng)絡(luò)。在閉回路下測得的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及在不穩(wěn)定的情況之下的調(diào)試趨勢。由于溫度對環(huán)路參數(shù)會導(dǎo)致一定的影響，故除了進(jìn)行常溫下的環(huán)路測試以外，還必須進(jìn)行高、低溫和濕度下進(jìn)行環(huán)路測試。

　　測試方法：

　　一般的，測試接線圖如下圖所示：

　　注：R參考基準(zhǔn)信號；C輸出信號；H分壓網(wǎng)絡(luò)；S注入測試信號；Y儀器測試端；Z儀器參考端；G1和G2為部分主電路

　　利用HP4149A和信號耦合變壓器在控制信號的總反饋端結(jié)成如上圖的結(jié)法，利用HP4149的矢量相除可以直接得出：T/R＝-Y/Z＝-G1G2H，固定引進(jìn)180度相移，因此在HP4149的BODE圖上，可以得到增益為0dB處的相位為相位裕度，在相位為0deg處的增益為增益裕度。

　　參數(shù)設(shè)置為：

　　電壓環(huán)測試信號：10～50mV（視測試點噪音而定）2

　　副邊限流環(huán)測試信號：5～10mV（視測試點噪音而定）2

　　當(dāng)輸出電壓高于42V時，TEST端和REFRERECE端要用分壓電路分壓到42V之內(nèi)，同時測試信號也要相應(yīng)增大，增大的倍數(shù)為：1/分壓比。

2 在掃描頻率范圍