脈沖寬度調(diào)制(PWM)器件的測(cè)試(圖)

pwm器件概述
　　pwm器件是隨著開關(guān)電源的發(fā)展和半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。開關(guān)電源是一種高頻電源轉(zhuǎn)換電路，采用開關(guān)器件來(lái)控制未經(jīng)穩(wěn)壓的直流輸入電源，配合相應(yīng)的濾波線路，產(chǎn)生穩(wěn)定的直流輸出，輸出電壓的高低取決于開關(guān)器件的占空比。早期的開關(guān)電源采用分立器件，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能也不理想。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源控制所需的集成開關(guān)穩(wěn)壓器控制芯片應(yīng)運(yùn)而生，這就是脈沖寬度調(diào)制（pwm）器件，而且功能不斷完善，性能不斷提高，而外接元件卻越來(lái)越少，這使得開關(guān)電源的設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，同時(shí)性能逐步提高，促進(jìn)了開關(guān)電源的發(fā)展。用pwm器件設(shè)計(jì)的開關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高、可靠性好等顯著優(yōu)勢(shì)在民用和軍用電子產(chǎn)品中發(fā)揮著日益重要的作用。

　　pwm器件的功能
　　pwm器件的種類比較多，功能上也有所差別。pwm器件是根據(jù)輸出反饋，調(diào)節(jié)脈沖方波的占空比，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)功率器件、高頻變壓器、整流、濾波等電路，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，pwm器件在開關(guān)電源中完成脈寬調(diào)制作用，大多數(shù)pwm器件還具有工作電壓的滯回、軟啟動(dòng)、快速關(guān)閉、電流限制等輔助功能，只需外接少數(shù)阻容元件、分立器件和輸出高頻變壓器即可實(shí)現(xiàn)性能比較理想的開關(guān)電源。

　　pwm器件的結(jié)構(gòu)
　　pwm器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同種類pwm器件的結(jié)構(gòu)也不完全相同。大多數(shù)pwm器件都具有基準(zhǔn)電壓部分、振蕩部分、調(diào)寬控制部分、誤差放大部分、電流限制部分、輸出部分等，另外，有的種類還有軟啟動(dòng)控制部分、快速關(guān)閉部分、欠壓鎖定部分等輔助部分。圖1為適用于高頻功率mos管驅(qū)動(dòng)的uc1525a/27a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

pwm器件的測(cè)試
　　pwm器件測(cè)試的難點(diǎn)
　　pwm器件集成度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這給它的性能、參數(shù)測(cè)試帶來(lái)了很大的難度。
　　首先要了解pwm器件的工作原理、器件內(nèi)部各部分的原理以及相互之間的關(guān)系，從而才能設(shè)計(jì)各個(gè)參數(shù)的測(cè)試原理和合理的測(cè)試方法。
　　對(duì)pwm器件內(nèi)部各個(gè)相對(duì)獨(dú)立部分的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，都需要有針對(duì)的專用測(cè)試線路。而且pwm器件的參數(shù)包含了不同類型的物理量，如頻率量、時(shí)間量、電壓量、電流量等，另外還包含某些需要掃描測(cè)試的閾值量。
　　在對(duì)器件某一部分的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，有可能受到其他電路的影響，這就要求在對(duì)某一部分的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)還要具備對(duì)器件的其他部分電路進(jìn)行控制和設(shè)置的能力。
　　pwm器件的某些參數(shù)測(cè)試信號(hào)比較微弱，要求測(cè)試相應(yīng)測(cè)試線路與被測(cè)試量點(diǎn)之間的距離不能過(guò)大，否則會(huì)影響參數(shù)測(cè)試的精度和穩(wěn)定性，要求測(cè)試線路必須采用緊湊的結(jié)構(gòu)。同時(shí)要通過(guò)功能強(qiáng)大、切換靈活的測(cè)量矩陣來(lái)完成各個(gè)待測(cè)量點(diǎn)與各個(gè)專用測(cè)試線路之間的切換，以滿足測(cè)試系統(tǒng)對(duì)各種參數(shù)的測(cè)試要求。
　　pwm器件工作時(shí)會(huì)有高頻脈沖產(chǎn)生，在測(cè)試pwm器件的頻率、占空比參數(shù)時(shí)也需要有高頻的時(shí)鐘信號(hào)，這些高頻信號(hào)會(huì)干擾和影響參數(shù)測(cè)試，因此測(cè)試系統(tǒng)從原理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到pcb板布局、布線都必須充分考慮系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題。
　　基于上面的原因和其他的一些因素，目前國(guó)內(nèi)尚沒有一套比較理想的系統(tǒng)能夠比較全面地對(duì)pwm器件的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。國(guó)外的一些大型測(cè)試系統(tǒng)，還要配置一些專門的硬件模塊并單獨(dú)開發(fā)較為復(fù)雜的軟件包才能測(cè)試pwm器件，而一般用戶難于自行開發(fā)相應(yīng)的硬件和軟件。有些測(cè)試系統(tǒng)雖然有用于pwm器件測(cè)試的可選模塊和相應(yīng)的編程軟件平臺(tái)，但僅能提供十幾個(gè)參數(shù)的測(cè)試，無(wú)法很好地滿足pwm器件生產(chǎn)和應(yīng)用單位的測(cè)試要求。
　　pwm器件的測(cè)試原理
　　sts 2110b脈沖寬度調(diào)制（pwm）器件測(cè)試系統(tǒng)對(duì)各種典型pwm器件（例如tl494a、sg3524、sg3525a、sd3842a等）進(jìn)行大量原理性實(shí)驗(yàn)，對(duì)pwm器件的特性和各種參數(shù)作了比較深入的試驗(yàn)，具有針對(duì)pwm器件各部分的測(cè)試電路。
　　由于pwm器件基準(zhǔn)部分輸出電壓為5v，而電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率參數(shù)的值一般很小，僅幾個(gè)毫伏，如果直接測(cè)量，可能使一個(gè)很小的電壓變化附加在一個(gè)相對(duì)大的固定電壓上，測(cè)量精度不高。sts 2110系統(tǒng)采用d/a給出參考電壓5v，然后通過(guò)高靈敏度的差分放大電路測(cè)量基準(zhǔn)電壓相對(duì)參考電壓的變化，使測(cè)量靈敏度和精度大大提高。圖2為基準(zhǔn)部分調(diào)整率參數(shù)的測(cè)試原理圖。
　　pwm器件的誤差放大部分相當(dāng)于運(yùn)算放大器，采用輔助運(yùn)放閉環(huán)測(cè)量的原理測(cè)試它的各個(gè)閉環(huán)參數(shù)。圖3為誤差放大部分閉環(huán)參數(shù)的測(cè)試原理圖。
 
　　pwm器件通常采用外部阻容網(wǎng)絡(luò)與芯片內(nèi)的波形發(fā)生器配合產(chǎn)生振蕩波形，系統(tǒng)在測(cè)試適配器上安排了三組阻容網(wǎng)，可程控接入pwm芯片，以設(shè)定和改變器件的振蕩頻率。另外通過(guò)對(duì)pwm器件的控制可使其在開環(huán)狀態(tài)下分別工作于占空比最窄和最寬的工作狀態(tài)。系統(tǒng)采用石英晶振作為頻率標(biāo)準(zhǔn)，采用超大規(guī)模epld器件實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)法，并通過(guò)軟件處理完成對(duì)頻率量和占空比的測(cè)試。圖4為振蕩部分和pwm部分參數(shù)的測(cè)試原理圖。
 
　　pwm器件有一些閾值參數(shù)（例如軟啟動(dòng)低電平、工作電壓?jiǎn)?dòng)閾值、工作電壓下限閾值等），需要對(duì)器件的某些輸入端或電源端進(jìn)行電壓掃描，用以判定掃描電壓和器件內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的關(guān)系，同時(shí)還要有狀態(tài)設(shè)定單元和電平檢測(cè)單元，分別用于設(shè)定芯片的工作狀態(tài)和讀取器件的閾值點(diǎn)。圖5為閾值參數(shù)的掃描測(cè)試原理圖。
　　sts 2110b脈沖寬度調(diào)制器件測(cè)試系統(tǒng)在總體結(jié)構(gòu)上，采用兩級(jí)分布式測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)為主控計(jì)算機(jī)，用于測(cè)試軟件的管理，用戶編程，測(cè)試數(shù)據(jù)的即時(shí)顯示、統(tǒng)計(jì)、存盤和打印，測(cè)試程序的調(diào)入等。下位機(jī)包括測(cè)試儀主機(jī)、測(cè)試盒以及測(cè)試適配器等部件，根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的測(cè)試程序，完成pwm器件測(cè)試的具體過(guò)程。圖6為整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖。
　　測(cè)試儀主機(jī)采用了由系統(tǒng)總線支持的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可分為系統(tǒng)控制模塊，a/d、d/a轉(zhuǎn)換模塊，程控電壓源模塊，精密測(cè)量模塊，器件測(cè)試模塊和測(cè)量矩陣模塊等幾大部分。器件測(cè)試模塊單元中又包含了調(diào)整率測(cè)量單元、誤差放大器測(cè)量單元、振蕩參數(shù)測(cè)量單元、閾值參數(shù)測(cè)量單元、狀態(tài)設(shè)置單元等幾個(gè)部分。

結(jié)論
　　sts2110b脈沖寬度調(diào)制（pwm）器件測(cè)試系統(tǒng)適用于電壓模式型、電流模式型、雙端輸出型、單端輸出型等各種類型pwm器件的參數(shù)測(cè)試，全面覆蓋pwm器件內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)、誤差放大、電流限制、振蕩、脈寬調(diào)制、啟動(dòng)、關(guān)閉、總體等各部分的參數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)可提供常用pwm器件的測(cè)試適配器及相應(yīng)測(cè)試軟件，用戶也可利用系統(tǒng)提供的基于windows的非語(yǔ)言化交互式編程平臺(tái)方便地編制測(cè)試程序。
　　經(jīng)過(guò)生產(chǎn)調(diào)試，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，測(cè)試精度和穩(wěn)定性完全滿足生產(chǎn)商和用戶的測(cè)試要求。