【測試案例分享】使用示波器自動化測量電源開關(guān)損耗

開關(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。開關(guān)電源以其功耗小、效率高、節(jié)能效果顯著的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各種消費類電子以及各類供電系統(tǒng)當(dāng)中，成為一種主流的電源產(chǎn)品。

測試需求

開關(guān)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(dǎo)體器件和磁性材料沒有新的突破之前，技術(shù)創(chuàng)新的重點將集中在如何提高開關(guān)電源的效率和減小重量上。

典型開關(guān)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(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關(guān)器件，通常是MOSFETs或IGBTs，而開關(guān)器件最主要損耗便是：開通損耗和關(guān)斷損耗。

測試原理及方法

在理想情況下，開關(guān)器件像照明開關(guān)一樣要么“開”、要么“關(guān)”，并在這兩種狀態(tài)之間瞬時切換。在“開”的狀態(tài)下，開關(guān)的阻抗是零，開關(guān)中沒有功率耗散，而不管有多少電流流經(jīng)開關(guān)。在“關(guān)”的狀態(tài)下，開關(guān)的阻抗是無窮大，流經(jīng)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(dǎo)）的狀態(tài)過程中耗散的；還有一些功率損耗，是在“開”和“關(guān)”（關(guān)閉）轉(zhuǎn)換、在“關(guān)”和“開”（打開）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，是因為電路中存在著寄生參數(shù)。如圖1所示，柵極上的寄生電容會降慢器件的開關(guān)速度，延長打開時間和關(guān)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。

示波器測試開關(guān)損耗的原始辦法：需要工程師手動設(shè)置選通，并添加 數(shù)學(xué)公式，這樣便會導(dǎo)致不同工程師略微不同的設(shè)置方法引起不同的 測試結(jié)果。為了避免人工誤差，現(xiàn)流行使用軟件進行自動測量。

示波器測試開關(guān)損耗的新方案：泰克的POWER高級功率測量和 分析軟件為開關(guān)損耗測量提供了定制化自動設(shè)置功能，并且符合 IEC60747-8 和 IEC60747-9 的測試方法，告別復(fù)雜設(shè)置，現(xiàn)在只需按 一個按鈕，就可以執(zhí)行全套開關(guān)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(shè)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(fù)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(zhuǎn)換速率。還支持繪制出軌跡圖，方便設(shè)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(dāng)前很多開關(guān)電源設(shè)計工程師的新寵。

POWER高級功率測量和分析軟件能夠覆蓋電源設(shè)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，都可以在一臺示波器上實現(xiàn)半自動化測試，具體POWER內(nèi)容可查看《使用5-PWR應(yīng)用軟件進行電源測量和分析》應(yīng)用指南。

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

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。

高帶寬差分探頭

高壓差分探頭

交直流電流探頭