创新的自动功率电子分析与测试方案

时间：2025-04-20

创新的自动功率电子分析与测试方案

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开关电源 (SMPS)技术的发展趋势效率越来越高功率密度越来越高瞬时负荷低电压，高电流宽带供电技术符合 EN61000-3-4 A14 标准

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开关电源设计中的挑战提升开关电源效率– 降低开关损耗 – 最大限度地降低磁性器件的功率损耗 – 需要更快的控制环路响应

提高开关电源系统可靠性– 海量数据分析 – 符合宽带技术标准

需要简便易用、可靠的工具，定位问题

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开关电源设计中的测试需求国家和地区电源质量标准–电源的功率电平 –输出纯度 –电源线的谐波反馈 –开关损耗 –调制分析等等

从历史上看–利用万用表进行静态电流和电压测量 –通过PC或计算器进行麻烦的计算

今天–示波器成为首选电源测量平台

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如何有效执行电源设计测量对习惯使用示波器进行高带宽测量的工程师来说，电源测量频率相对较低，似乎非常简单。事实上，电源测量也有很多高速电路设计人员从未见过的一系列挑战。经过开关设备的电压可能会非常大，而且是“浮动的”,即没有参考接地。信号的脉宽、周期、频率和占空比会变化，必须如实地捕获波形，分析其不理想特点。因此必须考虑以下因素：– – – – 是否提供安全精确的电压和电流探测解决方案？是否有一种快速方式，调节探头的不同延迟？是否有使探头偏置达到最小的有效流程？仪器能否配备充足的记录长度，以高分辨率捕获很长的工频波形？

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安全准确地探测电压和电流波形图中，在范围在几kHz 到几MHz 的时钟驱动下，金属氧化物场效应晶体管(MOSFET) 控制着电流。然而MOSFET 没有连接到交流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。如何有效的测量Vds,即MOSFET漏极和源极端子中的电压。(Vds可能位于几十伏到几百伏电压的顶部)?– 浮动示波器的机箱接地。绝对不要采用这种方式，因为这种非常不安全，会给用户、被测设备和示波器带来危险。 – 使用传统无源单端探头，把地线相互连接起来，使用示波器的通道匹配功能。这种测量方式称为准差分测量。但是，无源探头与示波器的放大器结合使用时，不能提供充分阻塞任何共模电压的共模抑制比 (CMRR)。尽管用户可能很想使用这种方法，因为可以使用已有的探头，但它并不能准确地测量电压。 – 使用真正差分探头。高压差分探头(如泰克 P5205)可以准确安全地测量VDS。时钟无源元件有源元件磁性元件简化的开关

电源视图

门

漏极

TP1

源极TP2

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安全准确地探测“浮动”电压

分布电容和电感还可能带来原本没有的振铃！!!!

危险！

即便示波器处于“浮动”状态，寄生电容也会形成交流分压器从而增加测量的误差。注意：回动的探头引线会给栅极增加>100 pF 的电容，有可能破坏电路。将示波器的公共端接到逆变器上部的栅极可以使栅极驱动信号滞后，阻碍器件的关断并破坏输入桥。这种故障通常还会在工作台上出现小火花，很多功率电子器件的设计人员都可以作证。

示波器在没有接地的情况下，其电磁兼容特性降达不到设计要求，可能干扰待测电路或受到空间电磁波的干扰，影响测量结果！

不可用剪断示波器接地线的方法进行差分测量！不可使用隔离变压器进行差分测量！

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消除电压探头和电流探头之间的时滞每只电压探头和电流探头都有自己的特性传播延迟。电流探头和电压探头之间的延迟差称为时滞，会导致幅度和定时测量不准确。

必需了解探头的传播延迟对最大峰值功率和面积测量的影响，因为功率是电压和电流的乘积。如果两个相乘的变量没有完美对准，那么会得到不正确的结果。在探头没有正确“校正时滞”时，测量精度会下降，如开关损耗。

时钟

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偏移实例

5.6%误差 4.958 W

9.4 ns偏移

校正偏移后

5.239 W