【導讀】開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的性能及其安全可靠性。電源測試項目多，計算量大，統計繁瑣等問(wèn)題一直困擾著(zhù)工程師們，本文將對開(kāi)關(guān)電源的幾個(gè)重要測試項目進(jìn)行講解。
示波器電源測試分析主要實(shí)現使用示波器來(lái)對電源(開(kāi)關(guān)電源)進(jìn)行相關(guān)測試，提高電源開(kāi)發(fā)人員的工作效率，方便對電源模塊進(jìn)行測試。主要涉及開(kāi)關(guān)電源(AC/DC)有關(guān)測試。
在大多數現代系統中，流行的DC電源結構是開(kāi)關(guān)電源(SMPS)，這種電源因能夠高效處理負載變化而聞名。典型SMPS的電源信號路徑包括無(wú)源元件、有源元件和磁性元件。SMPS最大限度地減少了有損耗的元件的使用量，如電阻器和線(xiàn)性模式晶體管，重點(diǎn)采用(在理想條件下)沒(méi)有損耗的元件，如開(kāi)關(guān)式晶體管、電容器和磁性元件。其主要構成如圖1所示。
圖1 開(kāi)關(guān)電源原理圖
開(kāi)關(guān)電源的測試參數主要包括輸入端分析、輸出端分析、磁性元件分析、開(kāi)關(guān)器件分析、調制分析、環(huán)路分析等，如下圖2為示波器進(jìn)入電源分析測試界面后，對應各個(gè)測試功能的測試項目。
圖2 電源分析項目
輸入端分析——諧波測試
由于電源諧波的產(chǎn)生會(huì )增大電源系統的諧波損耗，降低電源利用率，使電源端負載等設備過(guò)載運行，縮短使用壽命，也有可能發(fā)生諧振現象，導致各個(gè)器件因電流過(guò)大或電壓過(guò)大而損壞等，所以對諧波的參數測試和分析就至關(guān)重要了。
ZDS3000系列以上的示波器可根據IEC61000-3-2測試0-40次電流諧波有限值，按對諧波電流的限制，設備可被分為ABCD四類(lèi)，并支持諧波有效值導出報表，示波器諧波測試界面如下圖3所示。
圖3 電流諧波測試界面
次數：諧波次數是范圍是0~40。
諧波值：用于顯示某次電流諧波分量的有效值，使用統一的單位，單位由最大值動(dòng)態(tài)決定。
諧波限值：諧波限值根據IEC 61000-3-2的 A、B、C、D 類(lèi)標準動(dòng)態(tài)計算得到的限值，選擇的類(lèi)別不一樣將得到不一樣的電流限值。
狀態(tài)：該狀態(tài)用于顯示與標準比較后的結果。
輸出端分析——輸出紋波
輸出紋波主要指輸出的直流中的交流成分，在電路的頻率和開(kāi)關(guān)的頻率都有可能產(chǎn)生紋波。在一些設備中對這些紋波非常敏感，所以必須對電源輸出的紋波進(jìn)行測量，一般紋波大小為mV，采用峰峰值表示。
示波器電源分析功能中有快捷測試輸出紋波的選型，通過(guò)Analyze進(jìn)入選擇輸出紋波，設置好配置即可快捷得出輸出紋波參數，并支持導出報表。
圖4 輸出紋波測試界面
開(kāi)關(guān)元件分析——開(kāi)關(guān)損耗測試
開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)器件總是工作在打開(kāi)或關(guān)閉狀態(tài)，可以提供更高的效率。理想情況下，開(kāi)關(guān)器件打開(kāi)和關(guān)閉是沒(méi)有損耗的但現實(shí)情況中，開(kāi)關(guān)器件工作是存功率損耗的。主要包括開(kāi)關(guān)損耗，傳導損耗。如下圖5所示。
圖5 實(shí)際開(kāi)關(guān)損耗
針對功率損耗主要計算主要包括三部分之和：
導通過(guò)程損耗+關(guān)閉過(guò)程損耗+導通損耗
Ploss = Pon + Poff + Pcond
圖6 開(kāi)關(guān)損耗測試界面
值：該行結果為當前樣本的計算結果；可做最終結果的參考值。
最大值、最小值和平均值：統計結果，可以使用Clear進(jìn)行清除并重新開(kāi)始統計。
功率最大統計項(P)：瞬時(shí)功率最大值.
能量最大統計項（E）：與瞬時(shí)功率對應的能量，其時(shí)間是一個(gè)采樣間隔。
功率平均值統計項(P)：整個(gè)樣本平均功率。
除開(kāi)關(guān)損耗測試外，還有可用于來(lái)料檢測或驗證開(kāi)關(guān)器件性能利用率的SOA（安全工作區），動(dòng)態(tài)開(kāi)點(diǎn)電阻及dv/dt,di/dt等分析功能，后續文章會(huì )一一詳細介紹。
調制模塊分析
調制分析用于電源控制環(huán)路的測量。調制分析通常用于表征從直流輸出到開(kāi)關(guān)晶體管選通端脈寬調制 (PWM) 的反饋，以實(shí)現動(dòng)態(tài)的電壓調節。
對于調制分析，主要涉及以下幾個(gè)方面的測試分：脈沖分析、占空比、周期、頻率、上升時(shí)間和下降時(shí)間。
由于展開(kāi)詳細介紹需要花費大量篇幅，待小編日后與各位看官細細道來(lái)。
磁性分析
無(wú)源元件是指不放大信號或開(kāi)關(guān)信號的元件。電源采用全系列無(wú)源元件，如電阻器和電容器，但從測量角度看，主要重點(diǎn)要放在磁性元件(磁性器件)上，特別是電感器和變壓器。電感器和變壓器都由外面纏著(zhù)幾圈銅線(xiàn)的鐵芯組成。
電感器的阻抗會(huì )隨著(zhù)頻率提高而提高，對較高頻率的阻擋作用要高于較低頻率，因此適合濾波電源輸入和輸出上的電流。
有助于確定電源性能的部分指標包括：
● 電感
● 功率損耗(磁性元件)
● I-∫V 關(guān)系以及磁性屬性
為了計算這些數據，需要設置磁性元件有關(guān)參數，首先必須確定使用的單位 SI 或者 CGS， 根據單位的不同，其參數的配置和范圍略有不同。需要配置的參數有：
S -- 線(xiàn)圈橫截面上
L -- 平均磁路長(cháng)度
V -- 磁芯體積
電源使用電感器作為能量貯存設備、濾波器或變壓器。作為變壓器時(shí)，電感器可以幫助保持開(kāi)關(guān)式電源中的振蕩。設計人員需要監測這種設備在工作條件下的行為。電感值取決于電流和電壓來(lái)源、激發(fā)信號、波形和工作頻率。
圖7 磁性分析測試界面
來(lái)源：ZLG致遠儀器
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