日圖課堂|電源測量的10 個設計階段

電源是所有電子和電氣設備的基礎設備，電源可以分為很多類別，以適應其

供電的各類系統。電源市場競爭日趨激烈，設計人員需要設計出比以往體積

更小、更節能、更便宜的電源產品。更高的效率、更高的功率密度、更短的

開發周期、更嚴格的行業標準和更低的成本，同樣也給設計人員帶來巨大挑

戰。電源設計是一項復雜的工作，分成許多步驟。在本指南中，我們將根據電源設計的工作流程，提供10 個設計階段中每個階段的測試小貼士。希望能讓您的測試更，讓您的生活更輕松。

1.元器件選擇和特性分析

傳統上，元器件制造商詳細的產品技術資料為設計人員提供了很全的電源設計所必須的工作特性，但新型電源設計的要求越來越嚴格，可能要求所有設計人員在標準產品技術資料的參數之外還需分析元器件的特點。

■某些關鍵電源元器件，如 MOSFETs 和 IGBTs，應根據關鍵參數*進行選擇，如開點狀態電阻、閉點狀態電阻或AC 特性。

■應在產品技術資料規定的理想條件之外的溫度范圍內測試元器件。

■還應在真實工作條件下與有源器件一樣測試無源器件。

兩通道源表及PC 軟件為構建元器件特性曲線提供了經濟的解決方案。

2.低壓DC 回路測試

設計周期的下一個階段是原型板制作。*臺原型板容易發生各種問題，如電路板布線、焊點、元器件貼裝和寄生電容等，因此一定要謹慎。

■在開機前，使用數字萬用表檢查所有輸入和輸出回路是否有短路。

■盡可能把低壓模擬電路和數字電路隔離成多個子電路，在原型電路板通電時一次一個電路。

■隔離主板供電電源，在有負載和沒負載的情況下測試輸出。檢查輸出電壓和紋波是否滿足預期。

■使用精密DC電源為各個低壓子電路供電，而不是依賴主板電源。（如果主板電源有多個輸出，那么應使用有多條隔離通道的DC 電源）

3.高壓AC 電路開機測試

現在我們已經檢查了所有低壓電路，高壓電路就要通電了。在這個階段，原型板將*次承受高壓。

■在*次開機過程中，把高壓階電路與所有低壓電路隔開。

■建議使用具有限流功能的 AC 電源。應先從設計的zui低 AC 電壓入手，這有助于減少重大熔斷風險，如焊接不良、組裝誤差或PCB 設計錯誤等潛在問題導致的熔斷。

■使用相應等級的差分探頭和電流探頭，測量 AC 輸入電壓和電流。

■在通電前，應在 AC 輸入上使用示波器或功率分析儀，并啟用記錄功能，捕獲浪涌電流和瞬態事件。

■一旦檢查了高壓電路，就可以啟用低壓控制電路，全面了解相關信息。

在MSO5000B 示波器上使用DPOPWR 分析AC 功率

PWRVIEW - 趨勢圖監測突發事

PA1000 - 浪涌電流模式

4.數字和模擬控制電路調試

在這個階段，您要檢查控制邏輯。這可能是設計zui重要、zui復雜的部分。在這個階段，您將執行測試，以便獲得正確補償、電壓、定時和頻響。

■在開機過程中測量開關器件驅動裝置上的調制信號，檢驗不同負載下開關頻率、脈寬和占空比是否正確。

■通過使用控制環路中的寬帶變壓器輸入掃頻信號，檢查環路頻響。

■使用頻響分析儀，測量電路的增益和相位。

DPOPWR - 在MSO5000B 示波器上執行調制分析

5.測試工作階段的開關特性

在確認完高壓電路后，我們檢驗低壓電路和控制邏輯，現在要檢查工作階段的開關特性。

■在空載、額定負載和滿載條件下測試開關特性。

■確保所有開關的啟動、關閉、占空比和死區時間依據設計計算都符合預期，如MOSFETs 和IGBTs。

■檢查所有 VGS 信號的噪聲和變化，因為這個端子上任何偶發的毛刺都可能會導致不必要的啟動和擊穿。

■根據拓撲結構，檢查同步整流器或H橋接器的死區時間，確保不可能出現擊穿。

■檢驗門驅動器和相關信號之間的定時關系，確保其符合預期。

6.開關損耗和傳導損耗測試

經過電源開關和磁性器件的開關損耗和傳導損耗對系統整體損耗有著巨大

影響，正因如此，應盡可能使這些損耗達到zui小，尤其是對電源設計。

■不要單純依賴產品技術資料來理論計算開關損耗和傳導損耗，它們經

常會產生誤導，因為其沒有考慮工作條件和電路寄生信號，沒有提供

完善的損耗信息。

■在測試時，首先應檢查整流器開關，如電路活動和負載時 MOSFETs、

IGBTs 和磁性器件的損耗。由于大多數磁性器件采用定制設計，如開

關器件，因此在工作狀態下測試磁性器件，以便正確分析其特性。

7.效率和指標測試

現在要查看設計是否滿足效率標準和其他要求的指標，如線路和負載穩壓、紋波、噪聲、短路保護和瞬態響應。

■使用高精度多通道功率分析儀測量效率，同時使用電子負載從空載到滿載掃描電源。

■對負載穩壓，在設計的輸入端子和輸出端子上直接使用高精度DMM。然后，從zui小值到zui大值掃描負載。記住，非常重要的一點是在測試過程中使輸入電壓保持恒定。記錄輸出電壓相對于負載的任何變化，確定負載穩定。

■可以使用類似的設置測試線路穩壓，其中在恒定負載中測量輸出電壓，同時從zui小值到zui大值掃描輸入AC 電壓。這種測試對通用輸入電源尤其重要。

■檢查全負載時的噪聲和紋波，應使用為高分辨率測量優化的示波器或高精度圖形采樣萬用表。示波器一般會提供更高的帶寬，而萬用表的精度則要更高。

8.電源線一致性測試

恭喜！您的*臺原型應已經能夠啟動運行。現在要檢查設計，確保其

滿足本地電源線標準。

■大多數 AC-DC 電源都是為使用 AC 墻上插座而設計的。因此，它們

需要滿足嚴格的功耗和功率質量標準，如IEC 62301 待機功率和IEC

61000-3-2 電流諧波標準。應一直在設計周期早期執行一致性測試，

以幫助您避免未來發生的問題。

■確保測試電流諧波使用的功率分析儀滿足 IEC 61000-4-7 測量技術

標準。

IEC 61000-3-2 電流諧波測

IEC 62301 Ed 2. 待機功率測試

9.EMI 調試和預一致性測試

由于測試難度和測試成本，EMI 和RFI 測試在早期設計階段經常被忽略。但是，隨著設計期限的迫近，忽略這個步驟可能會導致意外事件和項目延遲。

■應在設計早期測試 EMC 問題，以避免不必要的電路板返工和延期。您可以利用頻譜分析儀和預先設定的EMI 一致性測試模板，在去認證機構進行一致性測試之前執行預一致性測試，找到并解決EMI 問題，保證一次性通過認證。

■使用混合域示波器 (MDO)，其中內置頻譜分析儀和近場探頭，迅速找到 EMI的來源。借助示波器和頻譜解調圖，您可以簡便地測量頻譜峰值，找到根本原因。

使用MDO4000 示波器上的時頻域聯調進行EMI調試

使用RSA306 實時頻譜分析儀執行預一致性EMI 掃描

10.設計驗證

您已經全面測試*個原型板階段，現在進入下一階段。

■重復之前討論的所有測試步驟，進行完整性檢查。

■在檢查所有項目后，應把更多的工作放在設計上，檢查其可靠性。

■對輸入電源質量進行完整的測試，這一步對通用輸入電源至關重要。

■從空載到滿載全范圍掃描，以針對所有可能的工作條件測試。

■使用高低溫試驗箱進行壽命測試，這可以檢查設計在真實環境中的性能。

定制記錄條件和設定極限參數，實現自動化

顯示趨勢圖便于驗證測