電源測試全攻略（三）：白盒測試

測試方法：

A、測試功率半導(dǎo)體器件在最惡劣條件下的Vds電壓波形，確定最高電壓和最大尖鋒電壓。由于Vds的電壓比較高，而且最大的電壓尖鋒的頻率能夠達到30-40MHz，故一般的測試時，電壓尖鋒小于300V的，可采用一般的示波器原配探頭(一般額定電壓為300，帶寬為100M或50M，測試的波形不會失真)，當(dāng)電壓尖鋒大于300V時，測試以高壓無源探頭的測試結(jié)果為準(zhǔn)(帶寬為100M)，測試的波形一般也不會失真。對于有源高壓探頭，因為帶寬較窄，一般為20MHz，容易失真，不建議使用。

對于電壓應(yīng)力的測試，主要測試在動態(tài)情況下的電壓應(yīng)力(因為穩(wěn)態(tài)情況下的電壓應(yīng)力較小)，具體的測試條件如下：

(1)輸入電壓為最高電壓，分別測試輸出空載、滿載、限流狀態(tài)、空載滿載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應(yīng)20us)，空載到短路情況下，器件的電壓應(yīng)力。改變輸入電壓，在最低輸入電壓和額定輸入電壓下重新以上的測試。記錄測試的最大應(yīng)力，記錄超標(biāo)的電壓波形。

(2)輸入電壓在最大電壓和最下電壓之間跳變(跳變時間為20ms)分別測試輸出空載、滿載、限流狀態(tài)、空載滿載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應(yīng)20us)，空載到短路情況下，器件的電壓應(yīng)力。

(3)模擬系統(tǒng)上運行的情況測試下，在系統(tǒng)上，當(dāng)模塊處于浮充狀態(tài)，監(jiān)控使模塊變?yōu)榫?，這時由于模塊電壓上升速度不一致，導(dǎo)致電壓上升較快的模塊瞬間承受過高的功率，同時模塊又沒法短路回縮(電壓高于短路回縮點)，這是模塊的應(yīng)力比較大，肯可能會導(dǎo)致器件應(yīng)力超標(biāo)。具體的模擬方法：如測試25A(或50A模塊)時，用100A的模塊和25A模塊(或50A模塊)并聯(lián)，然后帶100A的負(fù)載，調(diào)節(jié)100A模塊的輸出電壓為43A，25A(或50A)模塊的電壓為42V，這時25A(或50A)模塊沒法帶載輸出，突然調(diào)節(jié)25A(或50A)模塊的電壓為58V，這時25A(或50A)模塊電壓上升，從而瞬時帶100A的負(fù)載，測試這時的管子電壓應(yīng)力。

對于100A模塊，可以采用機柜進行模擬以上的現(xiàn)象，主要是讓模塊子瞬間帶很大的負(fù)載而又不讓模塊回縮，測試這時的電壓應(yīng)力。具體可以根據(jù)實際的使用電路分析和測試分別模塊的最大電壓應(yīng)力。

B、電流應(yīng)力測試

測試功率器件載最惡劣條件下的Ids電流波形，確定最高工作電流和最大尖鋒電流，具體的測試條件如下：

(1)輸入電壓最低電壓，輸出電壓為最大，分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應(yīng)20us)，空載到短路情況下，器件的電流應(yīng)力。

(2)輸入電壓載最大電壓和最小電壓之間跳變(跳變時間為201ms)，分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、空載到限流(輸出電壓為50V左右)、空載到深度限流(輸出電壓小于40V)，(所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應(yīng)20us)，空載到短路情況下，器件的電流應(yīng)力。

具體可根據(jù)實際使用電路分析和測試，分別求出使用的最大額定電流。

C、溫度應(yīng)力

分別測試功率器件的最高溫升，溫升應(yīng)該滿足降額要求。測試最高溫度下器件的殼溫是最直接的判據(jù);作為替代方式可以測試常溫下的溫升ΔT，則器件的最高溫升為：

Tcasemax = Tenvmax +ΔT

Tjmax = Tcasemax + P*Rth

Tcasemax：最高殼溫;Tenvmax：最高環(huán)境溫度;Tjmax：最高結(jié)溫;P：器件的功耗;Rth：從結(jié)到殼的熱阻

測試時，溫度測試必須在最高的環(huán)境溫度下測試。

測試的條件為：輸入溫最低的輸入電壓，輸出為最大功率(最高的輸出電壓，額定的輸出電流)用多點溫度測試儀測試各個功率器件的溫升，同時打印溫度曲線，直到溫度曲線為平滑曲線為止(即溫度已達到穩(wěn)定)。

同時必須測試風(fēng)扇損壞時，在最惡劣情況下的溫度應(yīng)力，也必須滿足降額要求。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：

(1)對于電壓應(yīng)力，在各種條件下，滿足測試的最大Vds小于器件的額定工作電壓，合格;如果測試的最大Vds大于器件的額定工作電壓，項目組能夠出具體器件認(rèn)證器件合格的《器件超額使用報告》，合格，否則不合格。

(2)對于電流應(yīng)力，在各種條件下，滿足測試的最大電流小于器件的額定工作電流，合格;如果測試的最大電流大于器件的額定工作電流，項目組能夠出具體器件認(rèn)證器件合格的《器件超額使用報告》，合格，否則不合格。

(3)對于溫度應(yīng)力，必須有15oC的降額，也就是說，在最高的環(huán)境溫度下測試，器件的表面溫度必須小于(器件的額定結(jié)溫-15oC-P*Rth)，一般P*Rth取15oC，符合上述說明，合格;否則不合格。

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，評價磁性元件應(yīng)用是否恰當(dāng)主要關(guān)注以下幾個方面：

A、是否存在飽和現(xiàn)象

B、溫升是否滿足要求，磁性溫升是因為鐵損(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證是必要的。

測試方法：

(1)輸入和輸出共模電感

一般不會存在飽和問題，其主要作用是實現(xiàn)EMI要求，同時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)計的合理性。

(2)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+5V(持續(xù)時間為200ms)、過壓點-5V(持續(xù)時間為200ms)之間跳變，輸出調(diào)整為最大線形負(fù)載時，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，需要在最低輸入電壓時分別測試輸出滿載、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+5V(持續(xù)時間為50ms)、過壓點-5V(持續(xù)時間為50ms)之間跳變，輸出調(diào)整為最大線形負(fù)載(持續(xù)時間為500ms)、空載(持續(xù)時間為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，需要在最低輸入電壓時分別測試輸出滿載、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)。

(4)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)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)：

(1)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;

(2)常溫下的磁性元件溫升和最高工作溫度下的溫升現(xiàn)象;

(3)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。

(4)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。