【ZDS示波器高级分析功能】电源分析(上)

1.1宣传视频
1.2测试内容

ZDS3000/4000系列示波器电源分析插件即使用示波器来对开关电源进行相关测试,可以提高电源 开发人员的工作效率,方便对电源模块进行测试。电源分析插件涉及效率分析、开关元件分析、磁性元件分析、输入分析、输出分析、调制分析六个部分,今天我们主要对后三项进行介绍。

  • 效率分析
  • 效率分析主要计算输入端和输出端的功率,以此来估算电源模块的转换效率。

  • 开关元件分析
  • 开关电源(SMPS)技术依托电源半导体开关设备,如金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和绝缘门双极晶体管(IGBT)。开关设备在极大程度上决定着开关电源的整体性能。开关设备的关键测量项目包括开关损耗、SOA安全工作区等。

  • 磁性分析
  • 磁性元件分析具体分为磁性分析与电感测试,可对此损耗、电感值、有功功率值等进行测试。

1.3测试步骤

1.3.1测前准备

为了保证测试的准确性,我们必须保证使用正确的测试系统,才能准确的捕获波形进行分析和调试,所以测试前需进行如下准备:

(1)设置示波器的采集模式。需根据测试项从四种采集模式中选择合适的一种;

(2)电流探头进行消磁调零,以便去掉变压器核心中残余的DC通量,防止数据产生偏差;

(3)电压探头和电流探头的偏移校正。需搭配偏移校正夹具。通过调整示波器的通道偏移时间参数,从而校正电压探头和电流钳的传输延迟时间差,如下图所示。

1.3.2接线

左右滑动下方图片查看接线方式。

图1  输入输出效率接线图

图2  开关元件分析接线图

图3  磁性分析接线图

图4  电感测试接线图

注:开关元件分析包括开关损耗、SOA、动态开点电阻、dv/dt和di/dt。

1.3.3参数设置

确认接线无误后即可点击“参数配置”进行测量参数的设定。我们以SOA为例进行演示,在参数配置菜单中,可对坐标系参数、电压电流限定参数等进行设定,测试项意义如图所示。

1.4测试常见问题
  • 进行电源分析测试时如何设置示波器的采集模式呢?

示波器提供了四种采集模式:标准模式、峰值模式、平均模式、高分辨率模式。示波器的采集模式就是信号的采集、处理和显示过程。不同的采集模式会产生不同的效果,选择的采集模式可能会影响电源测量的精度。不同采集模式的使用条件和使用测量项举例如下图所示。

  • 开关损耗测试前需要了解什么呢?

需要了解开关管的状态。由于开关管是非理想型器件,其工作过程可划分为四种状态,如下图所示。一般来说,主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”,小部分能量体现在“导通状态”,而“关闭状态”的损耗很小几乎为0,可以忽略不计。

  • 为什么开关损耗导通计算公式推荐使用Rds(on)?

导通状态下,开关管通常会流过很大的电流,但开关管的导通电阻很小,通常是毫欧级别,所以导通状态下损耗能量相对来说是比较少的,但亦不能忽略。由于导通时的微小电压,无法准确测量,使用电压乘电流的积分的方法计算的能量损耗误差会很大。相反,导通时电流很大,可以准确测量,因此可以使用电流与导通电阻来计算损耗。导通计算具体公式解释和举例如下图。

  • SOA安全工作区的4条边界代表着什么?

1.上边界为最大单次脉冲电流 ;

2.右边界为最高耐压值 ;

3.右上边界为热阻相关损耗限制 ;

4.左上为导通电阻制约电流 。

1.5如何获取电源分析功能

目前支持电源的示波器有ZDS4054 Plus、ZDS4034 Plus、ZDS4024 Plus、ZDS3054 Plus、ZDS3034 Plus、ZDS3024 Plus和ZDS3024,用户可在致远电子官网示波器资料下载页下载固件进行更新。

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1.6进一步了解示波器高级分析功能

查看往期文章,深入了解开关损耗与SOA测试原理

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