泰克创新功率电子分析与测试方案

创新功率电子分析与测试方案MSO/DPO4000和DPO3000系列示波器泰克科技（中国）有限公司齐健刚January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies2日程安排开关式电源示波器和探头自动化电源测量小结参考信息January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies3当前的电源把功率从一种形式转换成另一种形式应用范围广泛分成多种不同的种类和规格必须效率高面临着复杂的动态工作环境January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies4开关式电源电源转换部分简化的示意图AC输入输出控制电路LNGJanuary2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies5基本开关式电源有源元件(开关)–开关损耗–安全工作区无源元件(变压器)–磁性功率损耗–B-H特点VINVOUT输入滤波器开关整流器和滤波器变压器PWM控制电路反馈线路电压电源线–谐波–电源质量DC到DC转换器DC到DC转换器DC到DC转换器AC到DC转换器选配January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies6自动电源分析解决方案MSO/DPO4000和DPO3000系列示波器–100MHz-1GHz多种型号–高达5GS/s的采样率–高达10M点的记录长度–串行数据触发和分析选项–MSO型号提供了16条数字通道DPO4PWR和DPO3PWR电源分析应用模块–纹波–转换速率–开关损耗测量–安全工作区(SOA)–调制–电源质量–谐波电源分析应用模块在示波器上、而不是在外部计算机上运行January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies7电源分析捆绑解决方案DPO4PWRBND和DPO3PWRBND电源分析捆绑解决方案–在一个便携式手提箱中提供了所有常用的电源测量附件，总价优惠25%软件DPOxPWR电源分析模块探头和适配器P52051300V高压差分探头TDP050042V中压差分探头TCP0030AC/DC,30A电流探头TPA-BNCTekVPI™接口适配器偏移校正设备TEK-DPG偏移校正脉冲发生器067-1686-xx电源测量偏移校正夹具手提箱硬面手提箱January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies8自动纹波测量开关式电源January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies9在DC输出上进行纹波测量自动统计测量January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies10自动开关设备测量开关式电源开关设备分析January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies11开关设备探测转换速率、安全工作区和开关损耗测量差分探头电流探头控制AC输入输出January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies12有源元件测量:开关设备晶体管开关电路在转换过程中消耗的能量最大常用测量:–闭点损耗–开点损耗–功率损耗–动态开点电阻–安全工作区开关IOFFOFFOFFONONVIOFFONONOFFOFFVIOFFONONOFFOFFV理想的开关“实际的”开关January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies13开关损耗基础知识可以使用下面的公式估算转换过程中的能量损耗:其中:–Eon是开关在转换过程中损耗的能量。–是流经开关的瞬时电压。–是流经开关的瞬时电流。–t1是转换结束时间。–t0是转换开始时间。Eoff的公式类似)(tva1)()(ttaaonodttitvE)(tva)(tiaOFFONa(t)ia(t)t1t0January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies14开关损耗测量带有DPO4PWR模块的泰克MSO/DPO4000示波器简单的开关损耗测量是测量流经开关设备的电压及流经开关设备的电流。电源分析软件将计算开点损耗、闭点损耗和传导损耗。警告：电压波形和电流波形之间的定时必须准确。January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies15安全工作区测量检定设备的工作区域使用下面的公式计算瞬时功率:Pn=VnIn其中:–Pn是瞬时功率。–Vn是电压。–In是电流。–n是样点。测量变量可以包括不同的负载、工作温度、高和低线路输入电压、等等带有DPO4PWR的泰克MSO/DPO4000示波器January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies16有源元件测量:选择适当的测量解决方案信号源•模拟门驱动信号•可以调节占空比、边沿跳变时间和频率•许多信号源需要12V-15V输出示波器•为处理开关信号频率成分提供足够的带宽和上升时间•快速采样率，捕获跳变•深记录长度，长采集探头•AC/DC电流探头•差分探头，进行浮动测量January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies17示波器性能考虑因素上升时间–开关信号上升时间可能会相当快–为准确地进行测量，测量系统(示波器+探头)的上升时间应该快五倍测量系统=上升时间5测得的上升时间测量系统上升时间信号上升时间=+22实际值测得值信号上升时间January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies18示波器性能考虑因素采样率–采样率越快，分辨率越高，波形越详细记录长度–确定在采样率一定时捕获多长“时间”–实例:–60Hz的一半周期是8ms多–采样率为1GS/s时，需要8M点的记录长度时间=记录长度采样率January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies19测量挑战:探头之间的偏移为进行电源测量，必须测量流经开关设备的电压和流经开关设备的电流–要求两个分立的探头：电压探头和电流探头–每个探头都有自己的特性传播延迟–两个偏迟之差即为偏移January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies20偏移实例9.4ns偏移4.958W5.239W校正偏移后5.6%误差January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies21解决方案:消除电压探头与电流探头之间的偏移泰克DPO3000示波器,带有TekVPI®探头和偏移校正套件Deskew7.40nsJanuary2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies22电压瓦电流开关设备电压转换速率测量关闭ΔV/Δt=263.5kV/sJanuary2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies23采用数学运算波形的开关功率808.4mW处的闭点最大功率峰值电压瓦电流January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies24开关损耗测量开点损耗–在开关设备从非传导状态变成传导状态时的能量损耗传导损耗–开关设备在饱和时的损耗闭点损耗–在开关设备从传导状态变成非传导状态时的能量损耗January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies25开关电源和能量损耗测量总和=开点损耗+闭点损耗+传导损耗January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies26安全工作区模板测试用户自定义模板黑模板电压轴电流轴January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies27安全工作区模板测试通过/失败结果工作余量January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies28开关设备自动测量开关式电源调制分析January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies29调制分析探测探测开关设备的控制信号电压差分探头电流探头控制AC输入输出January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies30开点调制分析开关设备的控制信号电压January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies31开点调制分析开关设备电流，光标读取正脉宽January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies32开点调制分析开关设备电流，光标读取电流幅度January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies33线路自动测量开关式电源January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies34AC输入分析探测电源质量和谐波测量差分探头电流探头控制AC输入输出January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies35电源质量测量检定电源与其服务环境的相互作用必须直接在输入电源线上测量电压和电流要求高压探头，通常是差分探头January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies36电源质量测量基础知识事实上，输入电压和电流波形并不是完全一样的–实际环境中的电源线永远不会提供理想的正弦波–SMPS是相对于电源的非线性负载SMPS在输入电流波形上生成谐波，不得违反EN61000-3-2之类标准电源质量测量包括:–真实功率–无功功率–视在功率–功率因数–波峰因数–电流谐波测量–THDJanuary2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies37电源质量测量带有DPO4PWR的泰克MSO/DPO4000示波器视在功率=Irms*Vrms功率因数=真实功率视在功率波峰因数=VpeakVrms无功功率真实功率虚数轴实数轴January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies38谐波和预一致性测量必须捕获直到40阶谐波对比谐波和THD与行业标准(如EN61000-3-2)带有TDSPWR3的泰克TDS5000B示波器January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies39电源质量测量AC输入电压和电流January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies40电源质量测量AC输入电压和电流January2009PowerMeasurementsforSwitch-ModePowerSupplies41谐波预一致性测试标准EN61000-3-2和MIL-STD-1399通过/失败January2009PowerMeasurementsfo