动态测试在电源设计中的应用

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1、动态测试在电源设计中的应用——李磊20082302三十多年来，不论国际还是国内，振动，冲击，噪声工程都获得了突飞猛进的发展，动态测试技术日新月异，并在科研、数学特别是工业上获得广泛应用。1967年世界上第一台基于FFT的动态信号分析仪问世，为动态信号分析技术的应用开辟了新纪元。短短的30年中，动态测试技术得到飞速的发展，动态测试技术的面貌发生了根本的改变，广泛深入到科研、教学和工业生产第一线，成为航空、汽车、机械、土木以至家电等工程领域的产品设计、开发、使用、维护的重要手段。其中，电源设计中就以广泛应用动态测试技术，成为电源工程师发现问题解决问题的好帮手

2、。电源装置随着个人电脑、通信器材以及军用设备的发展，外形越来越小，输出的电流越来越来大，安全性要求越来越高，每瓦成本却越来越低，这就使得交换式电源成为首选。交换式电源（SwitchPower）拥有传输大电流的强大功能。但是，它的设计要比传统的线性电源复杂，因此，在电源投入应用之前，甚至再设计之时，电源工程师一定要对电源特性用一个通盘儿细致的了解。比如电源的效率、安全性、可靠性等，自然要涉及到所有元件的电器特性，尤其是有源元件的性能。在选用大功率的场效应管MOSFET时需考虑场效应管的耐压值、功率消耗、效率等。一般，工程师通过测试场效应管的管脚电压电流峰值

3、来找设计方案。由此，测试方法选择如何将直接影响到问题的解决。在过去，用数字万用表来测试场效应管的静态电流和电压。这种测试方法由于无法进行动态测试，工程师便无法了解元件的一些隐蔽的问题。为了解决这个问题，示波器成了对电源性能进行动态测试的工具。后来为了满足高频电源设计，一种能捕获小信号的全功能宽频示波器应运而生。动态测试技术得到进一步发展。本文以测试电流电路中的MOSFET功率元件功能例，来说明动态测试技术在电源设计中的重要作用。1、测试电路电源电路中常用的转换开关输入电路如下图图1测试电路测试转换器MOSFET漏极至源极电压Vds多数功率转换产品大都采用

4、MOSFET功率管配置，这种MOSFET功率管是浮动的，不以输入交流接地或输出接地端子为基准，所以，不能使用以地为基准的简单测试方法和常规的示波器设置．因为，将示波器探棒的接地引线与任何一个MOSFET功率管端子相连接，都会使该端子短路。1、测试工具对MOSFET进行功率测试时，采用数位储存示波器TektronixTDS510A,510A，该示波器具有实验室级水准，主要有两大优点：a．不仅能显示电压和电流的波形，而且能够直接以瓦特读数计算功率并显示波形；b．全整合式界面可以连接高精度差动电压和电流探棒。除此以外，该示波器取样速率为500MS／s．可以捕获

5、快速变化的开关暂态现象。2、测试方法在MOSFET上测试的功率波形由电压波形和电流波形组成瞬时电压和电流变量的乘积就是瞬时功率，在一定时间内形成功率波形。功率波形的形状、振幅、相位和时限可以综合显示MOSFET功率管的实际应力。针对不同的变量，在采集它们的波形的时候，采用不同的测试方法。3.1电压测试方法测试电压时，使用差动测试法，将两点间电位差作为所测得的电压值，不需要接地电位。差动测试法是测试MOSFET电压波形的最佳方法，测试出漏极和源极之间的电压，就是Vds值，漏极和源极都不需要处在地电位。这样，电压波形可以载于几十伏至几百伏的电压中，实际电压值

6、取决于电源使用范围。当然，不同的差动测试方法有不同的特点，但在综合考虑的情况下，它们又有优劣之分，下面简述几种差动测试方法。示波器机壳接地法这种方法是不安全的测试方法，可能会对操作人员、仪器和在测单元造成危害，而且，这种测试结果很不精确。所以，这种方法不常用。准差动测试法这种方法是通过两个常规示波器探棒(其接地引线只彼此相连)和某示波器的内建波道相加能力行测试，这种测试方法有个缺点，差动式探棒及示波器的放大器缺乏足以克服共模电压的共模抑制比(CMRR)，所以，这种方法不能提供精确的测试值。探棒隔离器测试法使用探棒隔离器隔离示波器的机壳接地，，这样．探棒的

7、“接地”引线不再处于地零位且可以直接与测试点相连。虽然这种测试法很有效，但探棒隔离器成本很高，比差动探棒贵好几倍。真差动电压探棒宽频测试法在宽频示波器上使用一个真差动电压探棒(TektronixP5205)，该探棒具有较高的共模抑制比(CMMR)，较低的电路负载(输入电容只有7pF)，以及100兆赫的频宽。对于关键性测试这种方法最适用，对预测电源设备元件的可靠性和功能很有效。因此，在测试电压变量时，采用真差动电压探棒宽频测试法。3.2电流测试方法除了对电压进行测试外，还要对电流波形进行采样。对电流波形进行采样需要专门的工具和专门的技术。而常用的数位万用表

8、只能显示静态电流值．没有显示交流电流波形的能力，而示波器能够显示交流电流的波形，