電源設(shè)計的10階段測試小貼士

電源是所有電子設(shè)備和電氣設(shè)備背后的動力設(shè)備。它們分成許多品類，可以適應(yīng)其供電的所有系統(tǒng)。業(yè)內(nèi)正爭相轉(zhuǎn)向更小、更綠色、更便宜的電源設(shè)計。更高的效率、更高的功率密度、產(chǎn)品開發(fā)周期、標(biāo)準(zhǔn)要求和縮減成本等因素正同時給設(shè)計和設(shè)計人員帶來深刻影響。

設(shè)計電源是一個復(fù)雜的過程，涉及到多個步驟。我們簡單將電源設(shè)計工作流程分為10個階段，提供每個階段的測試小貼士。希望我們這份電源設(shè)計全攻略對您有所裨益，讓您的測試更高效，讓您的生活更輕松。

傳統(tǒng)上，元器件制造商詳細(xì)的產(chǎn)品技術(shù)資料會為設(shè)計人員設(shè)計良好的電源提供所有必需的工作特點，可以嚴(yán)格地單純依賴產(chǎn)品技術(shù)資料中的參數(shù)選擇元器件。但是，新設(shè)計日益嚴(yán)格的要求可能需要設(shè)計人員在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品技術(shù)資料的參數(shù)之外分析元器件特性。

1. 如果想測量開態(tài)特點小的差異，如柵極門限電壓(VTH)、增益(gM)和開點電阻(RDSON)，可以使用能夠驅(qū)動幾十安培的儀器，生成可測量的電壓。同樣，對低電流閉態(tài)測量，如泄漏電流(IDSS)，可以使用能夠提供高電壓的儀器，生成可測量的電壓。

2. 對擊穿電壓(BVDSS)，您提供的電壓需要是器件工作電壓的幾倍。

3. 在簡單的2端子器件或復(fù)雜的3~4端子晶體管上，使用能夠測試整個器件DC工作電壓范圍的電容測量系統(tǒng)，來測量器件電容相對于電壓的關(guān)系(CISS, COSS, CRSS)。傳統(tǒng)LCR儀表能夠告訴您電容，但不是整個工作電壓。

設(shè)計周期中的下一個階段是原型制作。第一臺原型容易發(fā)生各種故障模式，會出現(xiàn)許多問題，如電路板布線、焊點、元件貼裝和寄生電流、等等，必需非常審慎地處理這些問題。

1. 使用DC電源，同時顯示編程設(shè)置和實際測得的輸出，迅速指明DC階段是否吸收過多的電流。否則在電源和被測器件之間連接一個DMM，密切監(jiān)測耗電量。

2. 在需要為被測系統(tǒng)提供精密電壓時，使用4線遠(yuǎn)程傳感臺式電源，消除臺式電源和被測系統(tǒng)之間任何電壓下跌的影響。

在檢查所有低壓電路后，可以啟動高壓電路。在這個階段，原型會第一次遇到高電壓。

1. 如果想使用鉗夾電流探頭測量沒有負(fù)載的系統(tǒng)吸收的低AC輸入電流，可以提升探頭看到的電流。讓線路導(dǎo)體多次循環(huán)通過鉗夾。一定要把電流讀數(shù)除以循環(huán)次數(shù)！

2. 使用擁有連續(xù)記錄功能的功率分析儀，記錄啟動電流。如果在啟動過程中發(fā)災(zāi)難性故障，至少可以獲得一些數(shù)據(jù)，以調(diào)查可能的原因。

這個階段檢查控制邏輯，這可能是設(shè)計中最重要、也是最復(fù)雜的部分，必須測試補(bǔ)償、電壓、定時和頻響是否正確。

1. 監(jiān)測輸入和輸出電壓以及反饋或控制信號，檢驗環(huán)路響應(yīng)(如臨界阻尼)在輸入電壓和輸出負(fù)載變化過程中是否符合預(yù)期。

2. 監(jiān)測輸入和輸出電壓和電流以及控制信號，檢驗電路操作，如軟啟動、短路保護(hù)、關(guān)斷和過流保護(hù)。

在已經(jīng)檢驗了高壓電路、低壓電路和控制邏輯后，現(xiàn)在要檢查功率階段的開關(guān)特點。

1. 使用擁有相應(yīng)額定電壓的差分探頭，安全地測量非參考地電平的信號。不要浮動示波器，這樣很危險。

2. 如果很難測量浮動?xùn)艠O信號，可以探測柵極驅(qū)動器的輸入，檢驗頂部FET和底部FET的空轉(zhuǎn)時間。

3. 測量最小電壓轉(zhuǎn)換速率點上的電流，使串?dāng)_達(dá)到最小。

經(jīng)過電源開關(guān)和磁性器件的開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗是導(dǎo)致系統(tǒng)整體損耗的主要因素。必需使這些損耗達(dá)到最小，特別是現(xiàn)代高效設(shè)計。

1. 為測量開關(guān)損耗，可以使用高分辨率示波器，一定要校正電壓探頭和電流探頭時延。使用濾波和平均功能，在設(shè)定的時間周期內(nèi)獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。

2. 如果想在示波器上測量開關(guān)損耗，可以把電壓乘以電流，取啟動或關(guān)閉期間得到的功率波形的中間值。如果有功率分析功能，這個程序會更簡便、可重復(fù)性更強(qiáng)。

下一步是查看設(shè)計是否滿足技術(shù)數(shù)據(jù)，如工頻和負(fù)載調(diào)節(jié)、紋波、噪聲、短路保護(hù)、瞬態(tài)響應(yīng)和效率。

1. 如果想測量低電平電壓，如紋波，應(yīng)使探頭衰減達(dá)到最小(可能時1X或2X)，以便示波器測量時獲得最佳信噪比。

2. 線性或負(fù)載調(diào)節(jié)測試中不要依賴AC電源或電子負(fù)載讀數(shù)。在電源端子上直接使用精密儀器，提高測量精度，使輸入和輸出電纜的下跌達(dá)到最小。

3. 在測量高頻噪聲和紋波時使用低電感接地彈簧探頭適配器或類似的附件。標(biāo)準(zhǔn)探頭地線會變成天線，從熒光燈和其他來源中撿拾環(huán)境噪聲，在讀數(shù)中產(chǎn)生明顯誤差。

祝賀您，您的第一臺原型啟動并運行了！現(xiàn)在需要檢查設(shè)計是否滿足本地電源線標(biāo)準(zhǔn)。

1. 不用再等待，您可以使用經(jīng)濟(jì)的預(yù)一致性測試解決方案，測試是否滿足CE標(biāo)志、能源之星、IEC待機(jī)和諧波標(biāo)準(zhǔn)。這可以避免設(shè)計后期耗費大量的時間和麻煩。應(yīng)提前經(jīng)常進(jìn)行預(yù)一致性測試。

2. 在測量低的和失真的待機(jī)功率時，應(yīng)復(fù)核連接。線序不正確會導(dǎo)致明顯誤差。確認(rèn)一直連接電流并聯(lián)裝置的源端電壓表通道，從而不會測量經(jīng)過電壓表阻抗的電流。

由于測試難度和費用，在早期設(shè)計階段通常會忽視EMI和RFI測試，隨著交期越來越緊迫，這會導(dǎo)致意外問題和項目延遲。

1. 使用經(jīng)濟(jì)型EMI預(yù)一致性測試解決方案，在原型階段提前執(zhí)行EMC和RFI一致性測試，可以在長期內(nèi)節(jié)約時間和資金。

2. 使用近場探頭及混合域示波器或頻譜分析儀，查找和定位RF來源。

您已經(jīng)全面測試了第一臺原型，現(xiàn)在轉(zhuǎn)入過載環(huán)節(jié)，確定怎樣進(jìn)行改進(jìn)。

1. 使用擁有通用輸入額定值的AC電源及經(jīng)過IEC測試認(rèn)證的AC電源。這有助于確保產(chǎn)品通過一致性測試。

2. 在電源輸入和輸出上使用功率分析儀，測量所有AC輸入?yún)?shù)，如功率因數(shù)、波峰因數(shù)、諧波和峰值電流及系統(tǒng)效率。

審核編輯：湯梓紅