LeCroy 力科电源测试系统 技术交流会 Page 1
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
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
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
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
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
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
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
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
DC/AC 电流测试 Hall Device AC Winding 电流探头 Page 10
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
相位校准源 Page 12
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 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
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
损耗的理论计算 开通损耗导通损耗关断损耗 Page 16
量化误差对测量的影响 Page 17
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
导通损耗测量 Page 19
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
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
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
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 105.24W. Page 23
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
调制分析功能 Control Circuit The Feedback Loop Page 25
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
模拟余辉显示 Page 27
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
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
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
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
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
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 EN61000-3-2 需要测量基波的达到 40 次的谐波的幅值 Page 33
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 (EN61000 3-2) 菜单显示谐波值 限定值 通过 / 失败状态 Page 34
示波器输入电流谐波 Page 35
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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
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
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
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
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
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
力科的电流探头 CP500: 500A (700A Peak),2MHz, 200mA -200A / div Page 43
力科的高压探头 Page 44
THANK YOU! Page 45