【测试案例分享】使用示波器自动化测量电源开关损耗
2024-08-22 来源:EEWORLD
开关电源是当前电子信息飞速发展不可或缺的电源方式之一。开关电源以其功耗小、效率高、节能效果显著的优势,广泛应用于各种消费类电子以及各类供电系统当中,成为一种主流的电源产品。
测试需求
开关电源集成化是电源未来发展的主要趋势,这也就意味着功率密度将会越来越大,对工艺要求也会越来越高,在半导体器件和磁性材料没有新的突破之前,技术创新的重点将集中在如何提高开关电源的效率和减小重量上。
典型开关式电源的效率可能约为87%,也就是会有13%的输入功率在电源内部耗散,主要表现以废热的形式。在这些损耗中,很大一部分耗散在开关器件,通常是MOSFETs或IGBTs,而开关器件最主要损耗便是:开通损耗和关断损耗。
测试原理及方法
在理想情况下,开关器件像照明开关一样要么“开”、要么“关”,并在这两种状态之间瞬时切换。在“开”的状态下,开关的阻抗是零,开关中没有功率耗散,而不管有多少电流流经开关。在“关”的状态下,开关的阻抗是无穷大,流经的电流是零,因此也没有功率耗散。
在实际中,某些功率是在“常开”(传导)的状态过程中耗散的;还有一些功率损耗,是在“开”和“关”(关闭)转换、在“关”和“开”(打开)转换期间耗散的,通常后者比前者明显要高得多。
图1
之所以出现这些不理想的情况,是因为电路中存在着寄生参数。如图1所示,栅极上的寄生电容会降慢器件的开关速度,延长打开时间和关闭时间。在漏极电流流动时,MOSFET漏极和源极之间的寄生电阻都会耗散功率。
示波器测试开关损耗的原始办法:需要工程师手动设置选通,并添加 数学公式,这样便会导致不同工程师略微不同的设置方法引起不同的 测试结果。为了避免人工误差,现流行使用软件进行自动测量。
示波器测试开关损耗的新方案:泰克的POWER高级功率测量和 分析软件为开关损耗测量提供了定制化自动设置功能,并且符合 IEC60747-8 和 IEC60747-9 的测试方法,告别复杂设置,现在只需按 一个按钮,就可以执行全套开关损耗功率和能量测量。
软件中可以选择算法模型,支持MOSFET和BJT/IGBT算法;电源类型支持SMPS、PFC和Flyback;可以使用自动幅度和上升时间测量, 确定信号的幅度,设置10% 和90% 幅度时的测量门限值,然后测量信号的上升时间。此外,在复杂的信号中,可以使用光标选通功能,把测量重点放在波形的特定部分。然后把幅度乘以80%,除以上升时间指标,计算得出转换速率。还支持绘制出轨迹图,方便设计工程师对其进行分析优化。这一款软件可以极大提高工作效率,缩短项目工期,并减少人为误差,是当前很多开关电源设计工程师的新宠。
POWER高级功率测量和分析软件能够覆盖电源设计全流程测试,从电源的输入到输出,再到功率级和环路分析,都可以在一台示波器上实现半自动化测试,具体POWER内容可查看《使用5-PWR应用软件进行电源测量和分析》应用指南。
测试方案
示波器:泰克MSO4/5/6系示波器
软件:Power高级功率测量和分析软件
软件界面
探头:TDP10001GHz差分探头、THCP0200/THDP0100高压差分探头、TCP0030A120MHzAC/DC电流探头。
高带宽差分探头 高压差分探头 交直流电流探头