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艮腾莫
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1 LeCroy 力科电源测试系统技术交流会 Page 1

2 开关电源设计确保设计的可靠性验证余量验证参数分析和排除故障高效率成本最优化满足标准安全质量 Page 2

3 开关电源测量浪涌电流 V DS X I DS = Power 线电压 V DS (Sat) 纹波电压 V GS V ON 关断特性线电流线电流谐波有功功率视在功率功率因素控制电路 SOA 安全工作区步进响应纹波电流浮动测量测量参考地电源测量实例 Page 3

4 力科完整的电源测试系统 LeCroy 数字示波器 WP7000 系列 / WR6000 系列 DA1855A 100Mz 差分放大器具全 ProBus 控制 DXC100A 差分探头对 PMA2 电源分析软件 AP015 DC -50 MHz 电流探头 DSC015 通道延迟校准 Page 4

5 电压测试的挑战没有真正的干净的地地线上存在环路示波器的地损坏电路电压突变环境噪声的干扰信号的参考点不是地 Page 5

6 差分电压测试方法用于测试差分信号的方法示波器浮地测量隔离变压器通道 A 减通道 B 隔离真正的差分测量 Page 6

7 示波器浮地 Probe Ground Lead Effects Corrupt Measurement HAZARDOUS VOLTAGE EXPOSED!!! Scope Transformer or Power Supply Stressed CIRCUIT UNDER TEST A v SIGNAL v A -B SCOPE PROBE POWER SUPPLY Z CIRCUIT B Z GROUND LEAD v C -G OSCILLOSCOPE POWER CORD Z COMMON icommon Z SCOPE GROUND v COMMON IDEAL EARTH GROUND Z POWER TO GROUND ILL-Defined Load Placed on Circuit Page 7

8 A B Both A & B Must Be On Screen. This Sets The Maximum Sensitivity Poor Channel Accuracy Matching Severely Limits the Ability to Reject (Subtract) the Signal that is Common to Both A & B Line Voltage 1 Ω Shunt Scope remains safely grounded Load Circuit Channel A -Channel B is not adequate when: The Common Mode Voltage >> Voltage Being Measured Page 8

9 差分测试安全探测信号残存的来自共模寄生产物被差分放大级消除示波器未过驱动被测电路 v 信号 v A Z 示波器探头 A -B DA1855A 差分放大器电源 Z 电路 v 共模 B Z Z 示波器探头 i 共模共模理想接地 Z 示波器示波器地 Z 电源到地示波器和差分放大器共地安全工作共模电压被消除 ( 导线和地回路上 ) 高共模抑制比, 宽共模电压范围, 大增益, 宽偏置范围, 低噪音, 快过驱动恢复, 来保证观测差分信号细节. 高阻抗不影响电路负载 Page 9

10 DC/AC 电流测试 Hall Device AC Winding 电流探头 Page 10

11 时间延时问题延时误差 : 电流探头传送信号的时间常常比差分电压探头长, 这意味着电流信号比电压信号要晚点传送到示波器. 延时问题导致在使用运算功能计算瞬时功率损耗不准确 Voltage Current Power Power waveform is reduced in amplitude. Skew Error -Current channel delayed from voltage channel. Current channel properly DESKEWED. Correct Instantaneous Power waveform. Almost twice the amplitude! Page 11

12 相位校准源 Page 12

13 修正电流与电压探头间的延迟 -DCS015 力科 DCS015 同时产生 5V 电压 100mA 电流快沿方波信号力科 PMA2 软件包配合 DCS015 可自动修正电压电流间的延迟时间, 降低了测试功率损耗等参数时的误差 Page 13

力科 PMA2 电源分析软件 Line Power Quality POWER SOURCE SECTION Power Transfer & Isolation SWITCHMODE SECTION LINE (MAINS) VOLTAGES GROUND REFERENCED UPPER VOLTAGE RAIL - + + PULSE WIDTH

14 力科 PMA2 电源分析软件 Line Power Quality POWER SOURCE SECTION Power Transfer & Isolation SWITCHMODE SECTION LINE (MAINS) VOLTAGES GROUND REFERENCED UPPER VOLTAGE RAIL PULSE WIDTH MODULATED CONTROLLER + - SENSE INPUT GATE DRIVE OUTPUT CURRENT SENSE INPUT - LOWER VOLTAGE RAIL V ERR + V REF PMA2 Software OPTO-ISOLATOR FEEDBACK LOOP Regulation & Control Page 14

15 开关功率器件测试用差分放大器或差分探头测试开关功率器件高或低门驱动信号测试控制电路饱和电压测试需快的过载恢复能力 Vgs Vds 开关管 : 功率损耗饱和电压动态电流动态电阻安全工作区门驱动信号需高共模抑制比和宽共模电压范围 Page 15

16 损耗的理论计算开通损耗导通损耗关断损耗 Page 16

17 量化误差对测量的影响 Page 17

18 瞬时功率损耗测量漏源电压漏极电流测量门功率测量参数测量门可选择测量打开导通截止时间段内的功率损耗 Page 18

19 导通损耗测量 Page 19

20 动态导通电阻测量漏 - 源饱和电压 Vds 漏极电流 Id ( 已时间校正 ) 动态导通电阻轨迹动态导通电阻测量 R= V/I DA1855A 高共模抑制比和宽共模电压范围, 保证了精确测量 Page 20

21 器件 DV/DT 测量漏 - 源电压漏 - 源电压放大动态测量漏 - 源电压的 dv/dt 游标测量斜率值 V/ns 漏 - 源电压的 dv/dt 反应了电压转化过程中的变化速率 Page 21

22 电源安全工作区 SOA 分析 Imax Pmax Vds Id X-Y 显示 Vmax 单一开关周期 SOA 安全工作区分析验证开关器件的工作电压电流功率是否超过器件额定范围. 电源可靠性测试需测试各种可能情况 ( 负载变化, 电网变化, 短路, 开路, 软启动等 ). SOA 与电压电流波形同时显示, 发现和找出违例原因 Page 22

23 软启动过程的 SOA 分析捕获 20ms 波形 Vds Id SOA 分析长存储高采样保证在发生诸如短路软启动等事件时, 在长周期中发现少数超过安全工作区的违例波形. 自动测试可自动监控电压电流功率峰值实测最大电压 292V, 峰值电流 1.31A, 开关管最大功耗 W. Page 23

24 软启动过程的 SOA 分析 - 波形扩展观测 SOA 分析自动滚动扩展显示可在多周期波形中逐个观测每一周波形及对应的 SOA 分析 Page 24

25 调制分析功能 Control Circuit The Feedback Loop Page 25

26 开关电源脉冲宽度调制 PWM 线电压交流输入输出电压驱动电路驱动脉冲 Page 26

27 模拟余辉显示 Page 27

28 软件 PMA2 的调制分析功能可追踪测量的信号参数随时间的变化 ( 如 : 周期, 频率, 宽度, 占空比 ) Source Trace P 1 P 2 P 3 P N-1 P N... 可用于分析开关电源在负载变化电网变化软启动掉电热交换短路时的控制回路的行为 Period Jitter Function... P 1 P 2 P 3 P N-1 P N Page 28

29 负载变化时控制回路响应分析 I 电流变化 ( 满负载到空载 ) Vgs 门驱动脉冲驱动脉宽步进响应从满负载到空载瞬变过程中放大的各个门驱动脉冲 Page 29

30 负载变化时控制回路响应测量负载变化前, 脉宽接近 3.3 µs 负载变化后降到 150 ns 然后快速恢复到 1.7 µs 最后慢变化到 2.6 µs. 从初始过冲点到最后稳定点约 15 ms Page 30

31 电源软启动过程分析捕获 20 ms 门驱动脉冲门驱动脉冲占空比变化轨迹门驱动脉冲放大显示 3V 输出电压建立过程 Page 31

32 电网分析和测量线电源分析测量 : 有效值电压 : V rms 有效值电流 : I rms 有功功率 :V rms* I rms 单位 : Watts 视在功率 : V * I 单位 : VA 功率因数 : 有功功率 / 视在功率力科 PMA2 软件包自动完成波形运算参数测量参数运算 Page 32

33 电流谐波纯电阻负载电源负载 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X Frequency Axis 100Hz 150Hz200Hz250Hz300Hz350Hz400Hz 50 Hz Harmonics 120Hz 180Hz240Hz300Hz360Hz420Hz480Hz 60 Hz Harmonics 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X 39X 40X Frequency Axis 100Hz 150Hz200Hz250Hz300Hz350Hz400Hz 1.95KHz2KHz 50 Hz Harmonics 120Hz 180Hz240Hz300Hz360Hz420Hz480Hz 2.34KHz2.4KHz 60 Hz Harmonics Fundamental 50 or 60 Hz. Fundamental 50 or 60 Hz. 线电流谐波可以通过频谱分析仪和示波器的 FFT 功能实现 EN 需要测量基波的达到 40 次的谐波的幅值 Page 33

34 电网电流谐波分析线电源分析 AC-DC 转化中的整流和开关, 将影响电源的电流谐波线电源电流谐波分析 (EN ) 菜单显示谐波值限定值通过 / 失败状态 Page 34

35 示波器输入电流谐波 Page 35

36 Page 36

37 力科完整的电源测试系统 LeCroy 数字示波器 WP7000 系列 / WR6000 系列 DA1855A 100Mz 差分放大器具全 ProBus 控制 DXC100A 差分探头对 PMA2 电源分析软件 AP015 DC -50 MHz 电流探头 DSC015 通道延迟校准 Page 37

38 力科简化的电源测试系统 LeCroy 数字示波器 WP7K/WR6K/WS400 系列 ADP305 差分探头 AP015 电流探头 Page 38

39 力科的差分放大器差分放大器 DA1855A 带宽 : DC -100MHz 输入电阻 : 1Mohm, 或 100Mohm 共模抑制比 : 100,000:1 限制带宽滤波器 : 20MHz,1MHz,100KHz 过载恢复特性 :100ns ( 从 400V 稳定到 100mV) Page 39

40 力科的差分探头差分探头 ADP305 带宽 :100MHz, 输入电阻 :4Mohm 差分电压 :1400Vpeak 共模电压 :1000 Vrms CMRR:80dB (50/60Hz) 灵敏度 :200mV/div- 350V/div Page 40

41 力科的电流探头具有自动消磁归零及自锁检测功能. 示波器自供电. AP015: 30A (50A Peak), 50MHz, 10mA -20A / div Page 41

42 力科的电流探头 CP015: 15A (50A Peak), 50MHz, 20mA -10A / div, CP150: 150A (500A Peak),10MHz, 200mA -100A / div Page 42

43 力科的电流探头 CP500: 500A (700A Peak),2MHz, 200mA -200A / div Page 43

44 力科的高压探头 Page 44

45 THANK YOU! Page 45

Microsoft PowerPoint - LeCroy_Power_Conference.ppt

Microsoft PowerPoint - LeCroy_Power_Conference.ppt 力科示波器为高精度测量和分析开关电源系统提供全面解决方案 Presented by 美国力科公司开关式电源设计目标确保设计可靠性验证设计裕量验证工作参数分析缺陷和非标准操作提高设计效率成本优化增强设计信心确保一致性以满足规范标准安全性, 功率品质开关电源测量线电压浪涌电流 V DS (Sat) V DS X I DS = Power 纹波电压 V GS V ON 关断特性