日图课堂|电源测量的10 个设计阶段

电源是所有电子和电气设备的基础设备，电源可以分为很多类别，以适应其

供电的各类系统。电源市场竞争日趋激烈，设计人员需要设计出比以往体积

更小、更节能、更便宜的电源产品。更高的效率、更高的功率密度、更短的

开发周期、更严格的行业标准和更低的成本，同样也给设计人员带来巨大挑

战。电源设计是一项复杂的工作，分成许多步骤。在本指南中，我们将根据电源设计的工作流程，提供10 个设计阶段中每个阶段的测试小贴士。希望能让您的测试更，让您的生活更轻松。

1.元器件选择和特性分析

传统上，元器件制造商详细的产品技术资料为设计人员提供了很全的电源设计所必须的工作特性，但新型电源设计的要求越来越严格，可能要求所有设计人员在标准产品技术资料的参数之外还需分析元器件的特点。

■某些关键电源元器件，如 MOSFETs 和 IGBTs，应根据关键参数*进行选择，如开点状态电阻、闭点状态电阻或AC 特性。

■应在产品技术资料规定的理想条件之外的温度范围内测试元器件。

■还应在真实工作条件下与有源器件一样测试无源器件。

两通道源表及PC 软件为构建元器件特性曲线提供了经济的解决方案。

2.低压DC 回路测试

设计周期的下一个阶段是原型板制作。*台原型板容易发生各种问题，如电路板布线、焊点、元器件贴装和寄生电容等，因此一定要谨慎。

■在开机前，使用数字万用表检查所有输入和输出回路是否有短路。

■尽可能把低压模拟电路和数字电路隔离成多个子电路，在原型电路板通电时一次一个电路。

■隔离主板供电电源，在有负载和没负载的情况下测试输出。检查输出电压和纹波是否满足预期。

■使用精密DC电源为各个低压子电路供电，而不是依赖主板电源。（如果主板电源有多个输出，那么应使用有多条隔离通道的DC 电源）

3.高压AC 电路开机测试

现在我们已经检查了所有低压电路，高压电路就要通电了。在这个阶段，原型板将*次承受高压。

■在*次开机过程中，把高压阶电路与所有低压电路隔开。

■建议使用具有限流功能的 AC 电源。应先从设计的zui低 AC 电压入手，这有助于减少重大熔断风险，如焊接不良、组装误差或PCB 设计错误等潜在问题导致的熔断。

■使用相应等级的差分探头和电流探头，测量 AC 输入电压和电流。

■在通电前，应在 AC 输入上使用示波器或功率分析仪，并启用记录功能，捕获浪涌电流和瞬态事件。

■一旦检查了高压电路，就可以启用低压控制电路，全面了解相关信息。

在MSO5000B 示波器上使用DPOPWR 分析AC 功率

PWRVIEW - 趋势图监测突发事

PA1000 - 浪涌电流模式

4.数字和模拟控制电路调试

在这个阶段，您要检查控制逻辑。这可能是设计zui重要、zui复杂的部分。在这个阶段，您将执行测试，以便获得正确补偿、电压、定时和频响。

■在开机过程中测量开关器件驱动装置上的调制信号，检验不同负载下开关频率、脉宽和占空比是否正确。

■通过使用控制环路中的宽带变压器输入扫频信号，检查环路频响。

■使用频响分析仪，测量电路的增益和相位。

DPOPWR - 在MSO5000B 示波器上执行调制分析

5.测试工作阶段的开关特性

在确认完高压电路后，我们检验低压电路和控制逻辑，现在要检查工作阶段的开关特性。

■在空载、额定负载和满载条件下测试开关特性。

■确保所有开关的启动、关闭、占空比和死区时间依据设计计算都符合预期，如MOSFETs 和IGBTs。

■检查所有 VGS 信号的噪声和变化，因为这个端子上任何偶发的毛刺都可能会导致不必要的启动和击穿。

■根据拓扑结构，检查同步整流器或H桥接器的死区时间，确保不可能出现击穿。

■检验门驱动器和相关信号之间的定时关系，确保其符合预期。

6.开关损耗和传导损耗测试

经过电源开关和磁性器件的开关损耗和传导损耗对系统整体损耗有着巨大

影响，正因如此，应尽可能使这些损耗达到zui小，尤其是对电源设计。

■不要单纯依赖产品技术资料来理论计算开关损耗和传导损耗，它们经

常会产生误导，因为其没有考虑工作条件和电路寄生信号，没有提供

完善的损耗信息。

■在测试时，首先应检查整流器开关，如电路活动和负载时 MOSFETs、

IGBTs 和磁性器件的损耗。由于大多数磁性器件采用定制设计，如开

关器件，因此在工作状态下测试磁性器件，以便正确分析其特性。

7.效率和指标测试

现在要查看设计是否满足效率标准和其他要求的指标，如线路和负载稳压、纹波、噪声、短路保护和瞬态响应。

■使用高精度多通道功率分析仪测量效率，同时使用电子负载从空载到满载扫描电源。

■对负载稳压，在设计的输入端子和输出端子上直接使用高精度DMM。然后，从zui小值到zui大值扫描负载。记住，非常重要的一点是在测试过程中使输入电压保持恒定。记录输出电压相对于负载的任何变化，确定负载稳定。

■可以使用类似的设置测试线路稳压，其中在恒定负载中测量输出电压，同时从zui小值到zui大值扫描输入AC 电压。这种测试对通用输入电源尤其重要。

■检查全负载时的噪声和纹波，应使用为高分辨率测量优化的示波器或高精度图形采样万用表。示波器一般会提供更高的带宽，而万用表的精度则要更高。

8.电源线一致性测试

恭喜！您的*台原型应已经能够启动运行。现在要检查设计，确保其

满足本地电源线标准。

■大多数 AC-DC 电源都是为使用 AC 墙上插座而设计的。因此，它们

需要满足严格的功耗和功率质量标准，如IEC 62301 待机功率和IEC

61000-3-2 电流谐波标准。应一直在设计周期早期执行一致性测试，

以帮助您避免未来发生的问题。

■确保测试电流谐波使用的功率分析仪满足 IEC 61000-4-7 测量技术

标准。

IEC 61000-3-2 电流谐波测

IEC 62301 Ed 2. 待机功率测试

9.EMI 调试和预一致性测试

由于测试难度和测试成本，EMI 和RFI 测试在早期设计阶段经常被忽略。但是，随着设计期限的迫近，忽略这个步骤可能会导致意外事件和项目延迟。

■应在设计早期测试 EMC 问题，以避免不必要的电路板返工和延期。您可以利用频谱分析仪和预先设定的EMI 一致性测试模板，在去认证机构进行一致性测试之前执行预一致性测试，找到并解决EMI 问题，保证一次性通过认证。

■使用混合域示波器 (MDO)，其中内置频谱分析仪和近场探头，迅速找到 EMI的来源。借助示波器和频谱解调图，您可以简便地测量频谱峰值，找到根本原因。

使用MDO4000 示波器上的时频域联调进行EMI调试

使用RSA306 实时频谱分析仪执行预一致性EMI 扫描

10.设计验证

您已经全面测试*个原型板阶段，现在进入下一阶段。

■重复之前讨论的所有测试步骤，进行完整性检查。

■在检查所有项目后，应把更多的工作放在设计上，检查其可靠性。

■对输入电源质量进行完整的测试，这一步对通用输入电源至关重要。

■从空载到满载全范围扫描，以针对所有可能的工作条件测试。

■使用高低温试验箱进行寿命测试，这可以检查设计在真实环境中的性能。

定制记录条件和设定极限参数，实现自动化

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