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          使用示波器自動化測量電源開關損耗

          —— 測試案例分享
          作者: 時間:2024-08-23 來源:EEPW 收藏

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          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202408/462280.htm

          開關電源是當前電子信息飛速發(fā)展不可或缺的電源方式之一。開關電源以其功耗小、效率高、節(jié)能效果顯著的優(yōu)勢,廣泛應用于各種消費類電子以及各類供電系統(tǒng)當中,成為一種主流的電源產品。

          測試需求

          開關電源集成化是電源未來發(fā)展的主要趨勢,這也就意味著功率密度將會越來越大,對工藝要求也會越來越高,在半導體器件和磁性材料沒有新的突破之前,技術創(chuàng)新的重點將集中在如何提高開關電源的效率和減小重量上。

          典型開關式電源的效率可能約為87%,也就是會有13%的輸入功率在電源內部耗散,主要表現以廢熱的形式。在這些損耗中,很大一部分耗散在開關器件,通常是MOSFETs或IGBTs,而開關器件最主要損耗便是:開通損耗和關斷損耗。

          測試原理及方法

          在理想情況下,開關器件像照明開關一樣要么“開”、要么“關”,并在這兩種狀態(tài)之間瞬時切換。在“開”的狀態(tài)下,開關的阻抗是零,開關中沒有功率耗散,而不管有多少電流流經開關。在“關”的狀態(tài)下,開關的阻抗是無窮大,流經的電流是零,因此也沒有功率耗散。

          在實際中,某些功率是在“常開”(傳導)的狀態(tài)過程中耗散的;還有一些功率損耗,是在“開”和“關”(關閉)轉換、在“關”和“開”(打開)轉換期間耗散的,通常后者比前者明顯要高得多。

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          圖1

          之所以出現這些不理想的情況,是因為電路中存在著寄生參數。如圖1所示,柵極上的寄生電容會降慢器件的開關速度,延長打開時間和關閉時間。在漏極電流流動時,MOSFET漏極和源極之間的寄生電阻都會耗散功率。

          測試開關損耗的原始辦法:需要工程師手動設置選通,并添加 數學公式,這樣便會導致不同工程師略微不同的設置方法引起不同的 測試結果。為了避免人工誤差,現流行使用軟件進行自動測量。

          測試開關損耗的新方案:泰克的POWER高級功率測量和 分析軟件為開關損耗測量提供了定制化自動設置功能,并且符合 IEC60747-8 和 IEC60747-9 的測試方法,告別復雜設置,現在只需按 一個按鈕,就可以執(zhí)行全套開關損耗功率和能量測量。

          軟件中可以選擇算法模型,支持MOSFET和BJT/IGBT算法;電源類型支持SMPS、PFC和Flyback;可以使用自動幅度和上升時間測量, 確定信號的幅度,設置10% 和90% 幅度時的測量門限值,然后測量信號的上升時間。此外,在復雜的信號中,可以使用光標選通功能,把測量重點放在波形的特定部分。然后把幅度乘以80%,除以上升時間指標,計算得出轉換速率。還支持繪制出軌跡圖,方便設計工程師對其進行分析優(yōu)化。這一款軟件可以極大提高工作效率,縮短項目工期,并減少人為誤差,是當前很多開關電源設計工程師的新寵。

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          POWER高級功率測量和分析軟件能夠覆蓋電源設計全流程測試,從電源的輸入到輸出,再到功率級和環(huán)路分析,都可以在一臺上實現半自動化測試,具體POWER內容可查看《使用5-PWR應用軟件進行電源測量和分析》應用指南。

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          測試方案

          ●   示波器:泰克MSO4/5/6系示波器

          ●   軟件:Power高級功率測量和分析軟件

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          軟件界面

          ●   探頭:TDP10001GHz差分探頭、THCP0200/THDP0100高壓差分探頭、TCP0030A120MHzAC/DC電流探頭。

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          高帶寬差分探頭

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          高壓差分探頭

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          交直流電流探頭



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