一台示波器，如何轻松搞定电源信号完整性测试？

时间：2021-09-06 15:20:10

关键字：电源示波器

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[导读]开关电源的质量直接影响到产品的性能及其安全可靠性。电源测试项目多，计算量大，统计繁琐等问题一直困扰着工程师们，本文将对开关电源的几个重要测试项目进行讲解。示波器电源测试分析主要实现使用示波器来对电源(开关电源)进行相关测试，提高电源开发人员的工作效率，方便对电源模块进行测试。主要...

开关电源的质量直接影响到产品的性能及其安全可靠性。电源测试项目多，计算量大，统计繁琐等问题一直困扰着工程师们，本文将对开关电源的几个重要测试项目进行讲解。

示波器电源测试分析主要实现使用示波器来对电源(开关电源)进行相关测试，提高电源开发人员的工作效率，方便对电源模块进行测试。主要涉及开关电源(AC/DC)有关测试。

在大多数现代系统中，流行的DC电源结构是开关电源(SMPS)，这种电源因能够高效处理负载变化而闻名。典型SMPS的电源信号路径包括无源元件、有源元件和磁性元件。SMPS最大限度地减少了有损耗的元件的使用量，如电阻器和线性模式晶体管，重点采用(在理想条件下)没有损耗的元件，如开关式晶体管、电容器和磁性元件。其主要构成如图1所示。

图1 开关电源原理图

开关电源的测试参数主要包括输入端分析、输出端分析、磁性元件分析、开关器件分析、调制分析、环路分析等，如下图2为示波器进入电源分析测试界面后，对应各个测试功能的测试项目。

图2 电源分析项目

输入端分析——谐波测试由于电源谐波的产生会增大电源系统的谐波损耗，降低电源利用率，使电源端负载等设备过载运行，缩短使用寿命，也有可能发生谐振现象，导致各个器件因电流过大或电压过大而损坏等，所以对谐波的参数测试和分析就至关重要了。

ZDS3000系列以上的示波器可根据IEC61000-3-2测试0-40次电流谐波有限值，按对谐波电流的限制，设备可被分为ABCD四类，并支持谐波有效值导出报表，示波器谐波测试界面如下图3所示。

图3 电流谐波测试界面

次数：谐波次数是范围是0~40。

谐波值：用于显示某次电流谐波分量的有效值，使用统一的单位，单位由最大值动态决定。

谐波限值：谐波限值根据IEC 61000-3-2的 A、B、C、D 类标准动态计算得到的限值，选择的类别不一样将得到不一样的电流限值。

状态：该状态用于显示与标准比较后的结果。

输出端分析——输出纹波

输出纹波主要指输出的直流中的交流成分，在电路的频率和开关的频率都有可能产生纹波。在一些设备中对这些纹波非常敏感，所以必须对电源输出的纹波进行测量，一般纹波大小为mV，采用峰峰值表示。

示波器电源分析功能中有快捷测试输出纹波的选型，通过Analyze进入选择输出纹波，设置好配置即可快捷得出输出纹波参数，并支持导出报表。

图4 输出纹波测试界面

开关元件分析——开关损耗测试

开关电源的开关器件总是工作在打开或关闭状态，可以提供更高的效率。理想情况下，开关器件打开和关闭是没有损耗的但现实情况中，开关器件工作是存功率损耗的。主要包括开关损耗，传导损耗。如下图5所示。

图5 实际开关损耗

针对功率损耗主要计算主要包括三部分之和：

导通过程损耗关闭过程损耗导通损耗

Ploss = Pon Poff Pcond

图6 开关损耗测试界面

值：该行结果为当前样本的计算结果；可做最终结果的参考值。

最大值、最小值和平均值：统计结果，可以使用Clear进行清除并重新开始统计。

功率最大统计项(P)：瞬时功率最大值.

能量最大统计项（E）：与瞬时功率对应的能量，其时间是一个采样间隔。

功率平均值统计项(P)：整个样本平均功率。

除开关损耗测试外，还有可用于来料检测或验证开关器件性能利用率的SOA（安全工作区），动态开点电阻及dv/dt,di/dt等分析功能，后续文章会一一详细介绍。

调制模块分析调制分析用于电源控制环路的测量。调制分析通常用于表征从直流输出到开关晶体管选通端脉宽调制 (PWM) 的反馈，以实现动态的电压调节。

对于调制分析，主要涉及以下几个方面的测试分：脉冲分析、占空比、周期、频率、上升时间和下降时间。 由于展开详细介绍需要花费大量篇幅，待小编日后与各位看官细细道来。

磁性分析

无源元件是指不放大信号或开关信号的元件。电源采用全系列无源元件，如电阻器和电容器，但从测量角度看，主要重点要放在磁性元件(磁性器件)上，特别是电感器和变压器。电感器和变压器都由外面缠着几圈铜线的铁芯组成。电感器的阻抗会随着频率提高而提高，对较高频率的阻挡作用要高于较低频率，因此适合滤波电源输入和输出上的电流。有助于确定电源性能的部分指标包括：