创新的自动功率电子分析与测试方案.ppt

创新的自动功率电子分析与测试方案 开关电源 (SMPS)技术的发展趋势 效率越来越高 功率密度越来越高 瞬时负荷 低电压，高电流 宽带供电技术 符合 EN61000-3-4 A14 标准 开关电源设计中的挑战 提升开关电源效率 降低开关损耗 最大限度地降低磁性器件的功率损耗 需要更快的控制环路响应 提高开关电源系统可靠性 海量数据分析 符合宽带技术标准 需要简便易用、可靠的工具，定位问题 开关电源设计中的测试需求 国家和地区电源质量标准 电源的功率电平 输出纯度 电源线的谐波反馈 开关损耗 调制分析等等 从历史上看 利用万用表进行静态电流和电压测量 通过PC或计算器进行麻烦的计算 今天 示波器成为首选电源测量平台 如何有效执行电源设计测量 对习惯使用示波器进行高带宽测量的工程师来说，电源测量频率相对较低，似乎非常简单。事实上，电源测量也有很多高速电路设计人员从未见过的一系列挑战。经过开关设备的电压可能会非常大，而且是“浮动的”，即没有参考接地。信号的脉宽、周期、频率和占空比会变化，必须如实地捕获波形，分析其不理想特点。 因此必须考虑以下因素： 是否提供安全精确的电压和电流探测解决方案？ 是否有一种快速方式，调节探头的不同延迟？ 是否有使探头偏置达到最小的有效流程？ 仪器能否配备充足的记录长度，以高分辨率捕获很长的工频波形？ 安全准确地探测电压和电流波形 图中，在范围在几kHz 到几MHz 的时钟驱动下，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)控制着电流。 然而MOSFET 没有连接到交流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。 如何有效的测量Vds，即MOSFET漏极和源极端子中的电压。（Vds可能位于几十伏到几百伏电压的顶部）？ 浮动示波器的机箱接地。绝对不要采用这种方式，因为这种非常不安全，会给用户、被测设备和示波器带来危险。 使用传统无源单端探头，把地线相互连接起来，使用示波器的通道匹配功能。这种测量方式称为准差分测量。但是，无源探头与示波器的放大器结合使用时，不能提供充分阻塞任何共模电压的共模抑制比(CMRR)。尽管用户可能很想使用这种方法，因为可以使用已有的探头，但它并不能准确地测量电压。 使用真正差分探头。高压差分探头(如泰克P5205)可以准确安全地测量VDS。 安全准确地探测“浮动”电压 消除电压探头和电流探头之间的时滞 每只电压探头和电流探头都有自己的特性传播延迟。电流探头和电压探头之间的延迟差称为时滞，会导致幅度和定时测量不准确。 必需了解探头的传播延迟对最大峰值功率和面积测量的影响，因为功率是电压和电流的乘积。如果两个相乘的变量没有完美对准，那么会得到不正确的结果。在探头没有正确“校正时滞”时，测量精度会下降，如开关损耗。 偏移实例 解决方案: 消除电压探头与电流探头之间的偏移 消除探头偏置 把示波器设置成测量电压波形的平均值。 选择实际测量中将使用的灵敏度(垂直)设置。 在不存在信号的情况下，把平均电平调节到0 V (或尽可能接近0 V)。 类似的，必需在执行测量前调节电流探头。在消磁后： 把示波器设置成实际测量中将使用的垂直灵敏度。 在不存在信号的情况下，关闭电流探头。 把DC 平衡调节到零。 把平均值调节到0 A 或尽可能接近0 A。 注意，某些探头(如支持TekVPI 的TCP0030)内置了自动消磁/ 自动清零程序，用户只需在探头comp 盒上按一个按钮就可以了。 示波器性能考虑因素 上升时间 开关信号上升时间可能会相当快 为准确地进行测量，测量系统(示波器 + 探头)的上升时间应该 快五倍 示波器性能考虑因素 采样率 采样率越快，分辨率越高，波形越详细 记录长度 确定在采样率一定时捕获多长“时间” 实例: 60 Hz的一半周期是 8 ms多 采样率为1 GS/s时，需要8 M点的记录长度 确定DSO记录长度的参数 取样速率应该至少是测得的模拟信号带宽的5倍 一般在一个边沿上需要 5 - 8个样点; 100 ns转换至少要求 50 MS/s的取样速率 单次采集的记录时间与记录长度直接成正比 计算记录长度 为同时查看 50 Hz工频信号 (一个周期)，和 100 ns (8个样点/边沿) 边沿的PWM信号 每条通道2MB记录长度 、1.25GSa/s取样速率的示波器可以满足这一要求 利用Wave-Inspector进行电源系统查障 比长记录长度更重要的是提供能够利用所有这些数据的工具 4000 系列的Wave Inspector 是业内第一套为轻松处理长记录设计的工具 Wave Inspector对示波器就象是 对互联网 专用前面板控制