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電源模塊白盒測試方法

作者： 時(shí)間：2017-01-09 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
　　3 驅(qū)動電路的測試
　　測試說明：
　　功率器件的驅(qū)動技術(shù)是電源可靠性的重要保障，好的驅(qū)動方式能夠?qū)崿F(xiàn)有效的開通和關(guān)斷，高效率，低的EMI干擾，快速實(shí)現(xiàn)功率器件的保護(hù)等功能，測試中應(yīng)對功率管驅(qū)動進(jìn)行測試，為了防止由于探頭引起的影響，測試中用應(yīng)采用差分隔離探頭（或采用一般的探頭，同時(shí)示波器的電源用隔離變壓器隔離），并注意以下問題：
　　A、驅(qū)動電路分析；
　　B、驅(qū)動電壓；
　　C、驅(qū)動波形；
　　D、瞬態(tài)情況下驅(qū)動波形；
　　F、驅(qū)動芯片的電壓，如起機(jī)過程中的芯片供電電壓等。
　　測試方法：
　?。?）驅(qū)動電路分析
　　審核驅(qū)動電路方式，無論變壓器隔離驅(qū)動和集成IC驅(qū)動，驅(qū)動電阻應(yīng)滿足推薦要求，如果采用加速電容或快速關(guān)斷方式時(shí)應(yīng)評估其作用，負(fù)壓關(guān)斷時(shí)應(yīng)確認(rèn)其影響，一般情況下GS應(yīng)有穩(wěn)壓管，分析驅(qū)動電路，確認(rèn)電路設(shè)計(jì)合理性。
　?。?）驅(qū)動電壓
　　目前，公司的大部分的開關(guān)管都是使用MOSFET或IGBT，MOSFET和IGBT的驅(qū)動都是使用電壓方式，高的驅(qū)動電壓會擊穿柵極，測試在空載、半載、滿載、限流狀態(tài)、空載滿載跳變、空載到限流跳變、空載到深度限流跳變（所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，Tr和Tf為1A對應(yīng)20us），空載到短路及輸入電壓為最低、額定、最高，從最高電壓到最低電壓跳變（跳變時(shí)間為50ms）條件下的驅(qū)動波形，要保證驅(qū)動電壓低于規(guī)定電壓，一般峰值應(yīng)小于20V，同時(shí)注意驅(qū)動電壓要滿足飽和驅(qū)動。
　?。?）驅(qū)動波形
　　測試在空載、輕載、半載、滿載、限流狀態(tài)、空載滿載跳變、空載到限流跳變、空載到深度限流跳變（所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，Tr和Tf為1A對應(yīng)20us），空載到短路及輸入電壓為最低、額定、最高，從最高電壓到最低電壓跳變（跳變時(shí)間為50ms）條件下的驅(qū)動波形，波形的上升和下降沿應(yīng)平滑，且滿足效率和EMI要求（上升時(shí)間較快，管子的開通損壞小，但是電壓尖鋒較高，EMI會較大），開通中不應(yīng)有下跌，關(guān)斷后不會出現(xiàn)尖沖，死區(qū)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求。
　　對比PWM芯片輸出波形和驅(qū)動波形，確認(rèn)驅(qū)動波形和PWM輸出波形一致。
　?。?）驅(qū)動回路
　　功率器件（MOSFET和IGBT）驅(qū)動電源要求低的阻抗特性，驅(qū)動回路面積盡可能小，驅(qū)動線盡量短，且驅(qū)動回路必須與功率回路分開。
　?。?）瞬態(tài)狀態(tài)下的波形
　　在瞬態(tài)條件下，如開關(guān)機(jī)、輸出突加負(fù)載、突減負(fù)載，由限流態(tài)到穩(wěn)壓態(tài)的轉(zhuǎn)換，從穩(wěn)壓到限流態(tài)的轉(zhuǎn)換，輸出短路，短路開機(jī)，輸出短路放開的情況下驅(qū)動正常。由保護(hù)到恢復(fù)的過程中，驅(qū)動正常，波形的上升和下降沿應(yīng)平滑，開通中不應(yīng)由下跌，關(guān)斷后不會出現(xiàn)尖沖，死區(qū)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求，驅(qū)動波形不應(yīng)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。
　　判定標(biāo)準(zhǔn)：
　　符合測試說明，合格；否則不合格。
　?。?）主控制芯片供電電壓的測試
　　用示波器測試主要的控制芯片的供電電壓，捕捉模塊上電過程、關(guān)機(jī)的過程以及正常工作情況下芯片供電電壓的波形，芯片供電電壓必須滿足芯片資料的要求，同時(shí)最好工作在芯片資料推薦的工作電壓下，任何情況都不能出現(xiàn)超過芯片工作電壓范圍的電壓芯片供電。
　　4 磁性器件的測試
　　測試說明：
　　電路中磁性元件主要在輸入共模電感、PFC電感、變壓器、濾波電感、輸出共模電感、驅(qū)動變壓器、諧振電感等處使用，起著EMI濾波及能量傳遞等作用，評價(jià)磁性元件應(yīng)用是否恰當(dāng)主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：
　　A、是否存在飽和現(xiàn)象
　　B、溫升是否滿足要求，磁性溫升是因?yàn)殍F損（渦流損耗、磁滯損耗）和銅損造成。
　　常用的磁性材料有：鐵氧體、坡莫合金、非晶態(tài)合金等，根據(jù)其特性，分別應(yīng)用在不同的場合。
　　正確的設(shè)計(jì)才能保證磁性元件應(yīng)用的合理，由于隨溫度的變化磁心的特性有較大的變化，因此最惡劣的條件下的驗(yàn)證是必要的。
　　測試方法：
　?。?）輸入和輸出共模電感
　　一般不會存在飽和問題，其主要作用是實(shí)現(xiàn)EMI要求，同時(shí)有抑制輸入的共模串?dāng)_的作用，其考慮主要是良好的絕緣，在要求頻段內(nèi)的電感量，分步電容小，溫升滿足要求。前三點(diǎn)由EMC測試保證，溫升需要測試，測試常溫下最大電流（銅耗最大）條件下的溫升ΔT，以衡量設(shè)計(jì)的合理性。
　?。?）PFC電感
　　PFC電感在功率回路中起能量傳遞的作用，雖然一般PFC控制芯片具有限流作用，但是電感的飽和降引起嚴(yán)重溫升和輸入電流波形畸變，因此需測試最惡劣條件下的工作情況。
　　A、測試最低電壓輸入，最大功率輸出時(shí)的PFC電感電流波形，電流波形不會出現(xiàn)非正常的上翹，即不會飽和（動態(tài)情況下，不作為磁性器件的要求，但其他器件的降額必須滿足降額）。
　　B、降輸入電壓調(diào)整為在欠壓點(diǎn)+5V（持續(xù)時(shí)間為200ms）、過壓點(diǎn)-5V（持續(xù)時(shí)間為200ms）之間跳變，輸出調(diào)整為最大線形負(fù)載時(shí)，測試PFC電感電流波形，電流波形不會出現(xiàn)非正常的上翹，即不會飽和。同時(shí)，需要在最低輸入電壓時(shí)分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、空載到限流、空載到深度限流，電感電流的波形，判斷是否能夠滿足要求。
　　C、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試常溫下的溫升ΔT，應(yīng)滿足溫升要求。
　　D、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試最高工作溫度下的溫升ΔT，與常溫比較無太大差異，且磁心溫度不會超標(biāo)。
　　（3）變壓器
　　隨電路拓?fù)洳煌?，變壓器的要求也不同，不考慮集成磁情況，一般雙極性變壓器（如全橋、半橋、推挽等開關(guān)電源變壓器），單端正激類變壓器，單端反激類變壓器類型，且與具體采用的復(fù)位技術(shù)有關(guān)。
　　變壓器的飽和溫升問題是值得注意的問題，可以從以下方面考慮：
　　A、變壓器最大輸入電流（變壓器輸入電壓最低，輸出功率最大）情況下的電流波形不應(yīng)出現(xiàn)異常的上翹。
　　B、將輸入電壓調(diào)整為在欠壓點(diǎn)+5V（持續(xù)時(shí)間為50ms）、過壓點(diǎn)-5V（持續(xù)時(shí)間為50ms）之間跳變，輸出調(diào)整為最大線形負(fù)載（持續(xù)時(shí)間為500ms）、空載（持續(xù)時(shí)間為500ms）之間跳變，測試變壓器的電流波形，電流波形不會出現(xiàn)非正常的上翹，激即不會飽和。同時(shí)，需要在最低輸入電壓時(shí)分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、空載到限流、空載到深度限流，電感電流的波形，判斷是否能夠滿足要求。
　　C、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試常溫下的溫升ΔT，應(yīng)滿足溫升要求。
　　D、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試最高工作溫度下的溫升ΔT，與常溫比較無太大差異，且磁心溫度不會超標(biāo)。
　?。?）輸出濾波電感
　　輸出濾波電感工作在直流狀態(tài)下，電感量的大小影響主電路的工作穩(wěn)定性和特性。
　　輸出濾波電感要求在最惡劣的情況下不出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，溫升滿足要求。
　　A、電感中流過最大電流（電流輸出處于限流狀態(tài)，輸出最大電流時(shí)）情況下的電流波形不應(yīng)出現(xiàn)異常的上翹。
　　B、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試常溫下的溫升ΔT，應(yīng)滿足溫升要求。
　　D、在最低輸入電壓，最大輸出功率情況下，測試最高工作溫度下的溫升ΔT，與常溫比較無太大差異，且磁心溫度不會超標(biāo)。
　　判斷標(biāo)準(zhǔn)：
　?。?）測試中電感或變壓器中電流在最惡劣狀況下不會出現(xiàn)飽和；
　?。?）常溫下的磁性元件溫升和最高工作溫度下的溫升現(xiàn)象；
　?。?）換算到最高溫度及最惡劣輸出狀態(tài)下磁性元件及其線包上的表面溫度不超過安規(guī)的規(guī)定。對于絕緣等級A（105度），任何情況下，表面溫度不能超過90度；對于絕緣等級B（130度），任何情況下，表面溫度不能超過110度；對于絕緣等級F（155度），任何情況下，表面溫度不能超過135度；對于絕緣等級H（180度），任何情況下，表面溫度不能超過150度。
　?。?）磁性元件內(nèi)部的溫升不能超過《器件認(rèn)證降額規(guī)范》要求的降額。
　　5 DC/DC反饋環(huán)測試
　　測試說明：
　　每種DC/DC主電路拓?fù)涠加衅涞湫偷姆答佇дW(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合適的校正網(wǎng)絡(luò)不但可以得到穩(wěn)定的靜態(tài)性能，而且可以獲得良好的動態(tài)特性，通過測試和調(diào)整可以獲得滿意的校正網(wǎng)絡(luò)。在閉回路下測得的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以反應(yīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及在不穩(wěn)定的情況之下的調(diào)試趨勢。由于溫度對環(huán)路參數(shù)會導(dǎo)致一定的影響，故除了進(jìn)行常溫下的環(huán)路測試以外，還必須進(jìn)行高、低溫和濕度下進(jìn)行環(huán)路測試。
　　測試方法：
　　一般的，測試接線圖如下圖所示：
　　注：R參考基準(zhǔn)信號；C輸出信號；H分壓網(wǎng)絡(luò)；S注入測試信號；Y儀器測試端；Z儀器參考端；G1和G2為部分主電路
　　利用HP4149A和信號耦合變壓器在控制信號的總反饋端結(jié)成如上圖的結(jié)法，利用HP4149的矢量相除可以直接得出：T/R＝-Y/Z＝-G1G2H，固定引進(jìn)180度相移，因此在HP4149的BODE圖上，可以得到增益為0dB處的相位為相位裕度，在相位為0deg處的增益為增益裕度。
　　參數(shù)設(shè)置為：
　　電壓環(huán)測試信號：10～50mV（視測試點(diǎn)噪音而定）²
　　副邊限流環(huán)測試信號：5～10mV（視測試點(diǎn)噪音而定）²
　　當(dāng)輸出電壓高于42V時(shí)，TEST端和REFRERECE端要用分壓電路分壓到42V之內(nèi)，同時(shí)測試信號也要相應(yīng)增大，增大的倍數(shù)為：1/分壓比。
　　² 在掃描頻率范圍為：10Hz～開關(guān)頻率
　　在全輸入電壓，全負(fù)載范圍內(nèi)測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性²
　　測試判據(jù)：
　　輸入電壓，輸出電壓，負(fù)載、溫度、濕度等都將影響環(huán)路的穩(wěn)定性，在不同溫度（高溫、低溫和常溫），不同輸入電壓（最高、最低和額定），不同輸出負(fù)載（最小負(fù)載為5％額定負(fù)載、半載、滿載，對于空載的要求，不能有嘯叫聲），不同輸出電壓（額定、最高、最低）各種情況下組合，所有測試結(jié)果同時(shí)滿足相位裕度在30deg到15deg，增益裕度大于60dB，合格；否則不合格。

關(guān)鍵詞： 電源模塊白盒測

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