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測試背景
開關電源，是一種通過控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。
開關電源技術的日益成熟，使得電源設備或模塊的體積和重量都日益減小，轉換效率也越來越高。負載設備因應用場合的不同，對電源可承受工作電流、輸入電網(wǎng)環(huán)境、輸出穩(wěn)定性等指標的要求也不盡相同。綜合評估動態(tài)的電源工作狀態(tài)，示波器絕對是開關電源完整性測試的首選必備儀器。以下為安泰工程師為大家推薦的開關電源完整性測試方案。
主要測試項目：
電源質量，電流諧波，突入電流，開關損耗，安全工作區(qū)，調制分析，紋波和噪聲
測試前需要思考和準備的工作：
- 浮地測試的正確方法？
- 無源探頭的補償
- 電流探頭的消磁與偏置校準
- 電壓/電流通道的延時校準
浮地測試
電源測試中大量電壓測試為浮地測試，即不以地作參考的差分電壓測試。
正確安全的浮地測試必須使用差分探頭，剪斷示波器地線或使用隔離變壓器供電的方法是錯誤和危險的！
因為示波器接地點上的電位，會與示波器探頭地線連接電路的電壓一致，浮地電壓甚至可達上百伏！這會導致金屬機箱、示波器BNC負極等人手容易觸碰的地方帶電，非常危險！
A-B測量法
使用兩只普通的無源電壓探頭，在示波器的兩個通道上進行測量，然后使用Math運算功能做CH1-CH2，也可以進行浮地測量。但缺點是需占用2個通道，且最大的限制主要來自于共模電壓測量范圍極小，時常遇到兩通道電壓都很高但差值很小的情況，測量誤差極大。
示波器電源未接地線可能存在的危害：
- 操作人員可能觸電，非常的危險；
- 分布電容，會對待測點帶來較大的容性負載，可能損壞待測電路；
- 分布電感，可能帶來并不存在的振鈴現(xiàn)象；
- 未接地的示波器，其EMC性能在一定程度上會降低，導致示波器壽命降低，同時也會受到空間電磁波干擾或者干擾被測電路，導致波形失真。
無源探頭補償
大多數(shù)探頭被設計為匹配特定的示波器的輸入電路，然而不同的示波器之間有細微的變化，甚至在同一示波器的不同輸入通道之間也會有。
一個未經補償?shù)奶筋^可能會導致各種各樣的測量錯誤，特別是測量脈沖上升或下降時間。
高壓差分探頭還會有直流偏置，也需要在測試前校準！
因此，在首次使用無源探頭、高壓差分探頭以及電流探頭時，需要預先做好補償&校準工作。
電流探頭消磁和偏置校準
電流探頭在儀器上電、掉電或輸入電流過大時，需進行消磁操作！在電流探頭測量電流前，LOCK狀態(tài)下有直流偏置時，也必須進行校準！電流探頭切換垂直檔位到更小檔位時，也需要重新調零！
電壓/電流通道延時校準
電壓探頭&電流探頭，連接在示波器的2個通道上，信號在不同傳輸路徑上的時間延遲必須經過校準，以保證功率測量的準確性
電源輸入端分析
電源質量分析：確定電源線上的功率消耗及電能質量。
電流諧波分析：測量開關電源是否符合IEC61000-3-2電流諧波標準。
按對諧波電流之限制，設備可被分為以下4類：
A類：平衡的三相設備、家用電器（不包括列入D類的設備）、工具（不包括便攜式工具）、白熾燈調光器、音頻設備，以及未規(guī)定為B/C/D類的設備
B類：便攜式電動工具、不屬于專用設備的弧焊設備
C類：照明設備
D類：功率不大于600W 的下列設備：個人計算機以及顯示器、電視接收機
浪涌電流分析：確認流過各元器件的電流是否超過了允許值。
開關電源第一次打開時，輸入端的濾波電容相當于瞬間短路，會產生一個上升時間較快，幅度較大（正/負）的瞬態(tài)開機電流。
執(zhí)行浪涌電流測量，可以確認AC開關、整流橋、保險絲、EMI濾波器是否超過允許電流限制。反復開關環(huán)路，AC輸入電壓不應損壞電源，或導致保險絲燒斷一般會將示波器設置為峰值檢測模式，使用單次觸發(fā)捕獲波形。
開關器件分析
開關損耗分析：測量開關器件的功率和能量損耗大小。
理想狀態(tài)下，開關損耗=導通損耗(VDS=0V)+關斷損耗(IDS=0A)=0W。
但實際情況并非那么令人滿意，開關電源的功率和能量損耗大部分出現(xiàn)在在晶體管的開啟和關閉切換時間里，即T1-T2和T3-T4時段。另外在T2-T3時段里，晶體管處于導通狀態(tài)，此時電壓為晶體管最小飽和電壓，并產生電流，這也會引入功率損耗。
在晶體管關斷階段，損耗微乎其微，理論上可視為零。但有一種可能也會引入功率損耗，那就是電流探頭未經偏置校準。這種損耗，在開關電源里并未實際發(fā)生，但因測量方法的不當，得到了錯誤的結果。
所以，我們強調在測量之前，一定要對電流探頭和電壓探頭進行偏置校準和補償。另外還需要對電壓和電流通道間的延時進行校準，以確T1/T2/T3/T4時間差的準確性。
安全工作區(qū)SOA：
開關器件應工作在安全工作區(qū)內，此指標可通過開關器件數(shù)據(jù)手冊查詢得到
此指標，主要反映開關器件漏極-源極電壓和源極電流在安全工作狀態(tài)下的關系。
調制分析：
反饋控制環(huán)路目的是穩(wěn)定輸出電壓，調制分析正是分析開關電源的控制環(huán)路特性。
電源輸出端分析
紋波和噪聲：PARD (periodic and random deviation 周期和隨機性干擾)
低頻紋波：主要為50Hz工頻及其諧波成分，幅值小，易濾除
高頻紋波：主要為開關管在導通和截止的過程中產生的干擾
控制環(huán)路：控制環(huán)路并非實時響應，無法做到完全的線性調節(jié)
測量建議：
- 盡量減少示波器探頭接地線的影響
- 摘去示波器探頭帽和接地鱷魚夾
- 使用接地彈簧針，并選擇離信號點最近的接地點接地
- 使用1:1衰減比例探頭
- 建議使用AC耦合
- 打開示波器20MHz帶寬限制
- 可并聯(lián)0.1uF電容
- 示波器保持良好接地
開關電源功率分析軟件
用途：控制和監(jiān)測示波器，記錄電壓和電流波形，采集測量數(shù)據(jù)，最終生成測試報告。
推薦型號：Ultra Power Analyzer(RIGOL)
適用主機：DS7000&DS6000 & DS4000 & DS2000A系列
電源測試中需要用到多種測試儀器，其中示波器和探頭最為常用。用戶需要根據(jù)測量信號的不同，選擇合適的高壓、高壓差分和電流探頭。配合軟件，用戶可以獲得電源特性相關的各種測量結果。
RIGOL推出的Ultra Power Analyzer電源分析軟件是一款基于PC的全功能電源分析測試軟件。可以完成多項常用測試需求，采用在線和離線兩種方式分析測試結果，測試完成后，可以為用戶提供清晰明了的測試報告。
開關電源測試常規(guī)推薦配置
電源是電子設備中重要的組成部分，開發(fā)、設計和調試電源電路是產品研發(fā)與生產的重要環(huán)節(jié)。綜合評估動態(tài)的電源工作狀態(tài)也是我們必不可少的一項工作。上述安泰工程師為大家分享的開關電源完整性測試方案，希望給大家測試帶來幫助。
安泰安泰測試作為普源的一級代理商，為客戶提供產品選型、樣機演示及試用、售后培訓、維修等一站式服務，讓客戶選型無憂，售后無煩惱。我們致力于與中國普源一起為國產儀器事業(yè)添磚加瓦。
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