开关电源的调试和电源完整性测试

高水平的测试确保高品质的电源ZhouQunYiPage这些设备有什么共同点?2这些设备都需要电源！PowerMeasurements&AnalysisPage供电网络发电厂市电网络逆变器智能电网三相电Page供电网络4开关电源电源适配器电池PCB板PDN电源分配网络市电网络Page议程1.开关电源的验证2.电源完整性分析及仿真3.电源EMI测试4.电源热损耗测试5Page开关电源趋势PowerMeasurements&Analysis6设计优化提高转换效率提高功率密度提高可靠性控制EMI;符合EMC要求提高输出电源完整性减少热损耗降低成本这些都要增加测试时间!Page开关电源原理图Page7VOLNEPage开关电源测试与测量方案Page8测量参数输入端分析电源质量:有功功率,无功功率,视在功率,相位角,功率因素,波峰因子电流谐波失真:最多40次谐波测试(支持IEC61000-3-2和A,B,C,D。包含总谐波失真THD),浪涌电流开关器件分析开关损耗(功率和能量)导通损耗(功率和能量)信号变化速率(dV/dt和di/dt)调制分析:占空比,频率,脉冲宽度(对比时间)输出端分析输出纹波PSRR瞬变响应开启/关断时间效率时滞校准使用U1880A时滞校准夹具自动调整电流探头及电压探头的时间延时U1881APC机用功率分析软件包(含在PWR选件中)报告生成SOA安全工作区测量，SOA模板编辑Rds测量3000T/4000X示波器电压探头(300MHz)电流探头100MHz)Page输入端测量:电流谐波PowerMeasurements&Analysis9•对电流波形做FFT分析.•按照IEC61000-3-2(ClassA,B,C,orD)标准比对FFT波形的奇次/偶次谐波幅度.•测量最多40th谐波•提供每个谐波Pass/Fail自动提示•显示方式可以在图表显示/条型显示方式切换•支持RTCADO-160E航空电源标准.•支持50/60/400Hz工频电流Page开关器件分析:开关器件功率损耗PowerMeasurements&Analysis10•探头时延校准可以提高损耗测试精度.•示波器测量一个开关周期内的能量损耗.•通过局部放大可以测试开关周期不同阶段的损耗.P非导通阶段=0W•零偏置校准可以提高损耗测试精度.Page输出端分析:电源效率PowerMeasurements&Analysis11测量例子:•用户选择效率测试的类型(AC-DC,AC-AC,DC-AC,DC-DC).•示波器测试输入端的有功功率.•示波器测是输出端的有功功率.•示波器计算出效率(Po/Pi).Page议程1.开关电源的验证2.电源完整性分析及仿真3.电源EMI测试4.电源热损耗测试12Page电源完整性测试l13•电压偏移•PARD(周期和随机性干扰)—直流电压的纹波,噪声,开关瞬变.•静态和动态负载响应.•可编程直流电压响应.•高频瞬变和噪声.•高低温产品验证.电源完整性测试项目Page更精确的纹波/噪声测试需求•现代芯片采用更低工作电压，要求更低的电源纹波和噪声•更高的开关切换频率需要更高的测量带宽•需要同时观察由于负载变化造成电压漂移、跌落DC输出PARD希望看到的不仅仅是这样Page电源纹波对于高速信号质量的影响CustomizableinFooterReference：©Copyright2013XilinxTheDo’sandDon’tsofHighSpeedSerialDesigninFPGAsHighSpeedDigitalDesign&ValidationSeminars2013Page电源纹波/噪声测试的主要考虑因素测量系统的底噪声量程和电压测量范围负载对被测系统的影响带宽对测量的影响16Page电源测试中噪声的来源探头及前置放大器噪声信号(DUT)示波器显示ADC输出信号Page探头衰减比对底噪声的影响10:1探头1:1探头20mVp-p信号N7020A:衰减倍数:1:1最小至1.09mV/divPage输出电压纹波/噪声探头方法1910:1探头+长地线10:1探头+短地线1:1探头+长地线1:1探头+短地线PagePartnerLogoHere优点:连接方便,低成本。缺点:探头衰减比对底噪声影响较大;容易受共模噪声影响;小衰减比的探头带宽有限;纹波测量和电压测量不能同时进行。传统电源纹波测量方法1：高阻无源探头PagePartnerLogoHere优点:低成本,低衰减比。缺点:一致性不好;隔直电容参数及带宽不好控制;纹波测量和电压测量不能同时进行。传统电源纹波测量方法2：自制电缆PageN7020A有源纹波探头N7020A高带宽低噪声探头：高达2GHz带宽低噪声,衰减比仅为1.1:1高达+/-24V的偏置范围高输入阻抗：50KΩ@DC新产品PageS系列示波器加N7020A探头的底噪声指标TekP6248:13.3mVp-pKeysightN7020A:0.87mVp-p16mVPage不同探头的偏置范围N2796A2GHz10:1有源探头底噪:23mVp-p最高+/-5V偏置电压N7020A2GHz1:1有源探头底噪:3mVp-p最高+/-24V偏置电压40mVN7020A:直流偏置范围:+/-24VPage探头负载对被测电路的影响DC档阻抗PN7020A—50kΩ@DCDCVrms=3.31V50Ω电缆连接示波器(50Ω@DC)DCVrms=3.25V50Ω@DC将电压值下拉~60mV(改变了DUT的电压)25PowerIntegrityPage不同带宽测量到的纹波噪声N7020A2GHz,1.1:126N2870A35MHz,1:1PageInfiniiVision3000T/4000X系列示波器示波器体验被重新定义体验触感•InfiniiScanZone图形触发•8.5-12.1”电容式触摸屏•简洁操作界面体验速度•1,000,000幅/秒波形捕获率•MegazoomIV智能存储技术(独特快响应深存储技术，智能分段存储)体验升级•内置20MHz任意波形发生器•16通道逻辑分析仪•协议分析仪(基于硬件解码)•内置3位数字电压表27PortfolioOverviewPageInfiniiVision3000T系列数字示波器平均无故障时间〉250,000小时28PortfolioOverviewDSOX/MSOX3104T3102T3054T3052T3034T3032T3022T3024T3014T3012T带宽1GHz500MHz350MHz200MHz100MHz模拟通道4242422442数字通道16采样率2.5GSa/s,5GSa/s半通道最大存储深度4Mpts，标配分段存储功能标配InfiniiScan图形触摸触发屏幕大小8.5寸彩色电容式触摸屏仪器集成(6合1)示波器，逻辑分析仪，协议分析仪，数字电压表，计数器，任意波形发生器波形捕获率1,000,000幅/秒新产品Page电压瞬变特性及纹波的仿真Page什么是瞬态电压仿真？在直流供电设备中，实际的供电电路无法保证绝对稳定的直流30-锂电池作为电源，由于内阻的影响，输出电压随电流变化而波动。-电源同时给多给负载供电，当某个负载突然断开或接入时，出现瞬间跌落甚至抛负载现象。-汽车、飞机等电池与发动机供电切换过程中出现的电压跌落及震荡。Power&EnergyPage为什么及哪些产品需要进行瞬态仿真测试？9•在实验室模拟实际现场可能会发生的电压波动，对产品进行“抗干扰”性能评估，确保产品能够在实际环境中正常工作及性能。•对电子电器设备工作稳定性要求较高的行业及应用，如汽车，高铁，飞机，医疗，军用设备，通信网络，数据服务中心等的关键电源及电子电器设备。等级在施加骚扰期间在施加骚扰之后一级能执行其预先设计的所有功能二级有一项或多项指标超出规定的偏差自动恢复到正常工作范围内三级不执行其预先设计的一项或多项功能能自动恢复到正常操作状态四级不执行其预先设计的一项或多项功能需要通过简单的“操作或使用”复位动作，才能自动恢复到正常操作状态五级不执行其预先设计的一项或多项功能如果不修理或不替换装置或系统，则不能恢复其正常操作。Power&EnergyPage什么是瞬态电压仿真？交流供电设备必须面对交流电网的瞬态变化干扰35高频噪音干扰“切换瞬变”尖峰纯净稳定的正弦波“振铃式”瞬态干扰电压下陷电压上涌“换相失真”干扰市电停电频率不稳Power&EnergyPage汽车电子产品供电特性测试要求—ISO1675011Power&EnergyPage飞机用电设备的要求—GJB181Power&Energy16Page常用的瞬态电压仿真及测试的标准18•ISO16750，道路车辆一电气和电子装备的环境条件和试验•ISO7637，道路车辆--来自传导和耦合的电气骚扰•GJB-181，GJB-181A，飞行电子设备供电特性•GJB-298，军用车辆28伏直流电气系统特性•IEC61000-4-29，各种电气与电子设备作电磁兼容性的测试•RTCADO-160F,机载设备环境条件和试验程序……各种按照产品供电特性自定义的电压瞬态要求，如下图为某IC设计工作自定义波形Power&EnergyPageN6705直流电源分析仪平台上的瞬态仿真•N6705家族提供四个系列的电源模块:高性能/精密电源模块，最高电压60V，最大功率500W电源模块型号最高电压功率*电压上编程时间*电压下编程时间N6751/N6752A/N6761/N6762A50V50W100W1.5ms1.3msN6753A/N6763A/N6755A/N6765A20V300W500W1.5ms1.8msN6754A/N6764A/N6756A/N6766A60V300W500W2.0ms2.2msPower&Energy21PageAPS更快、更高功率的瞬态仿真前所未有的高性能电源产品(APS)Power&Energy22PageN7900AAPS的电压编程时间23•更高的输出电压范围160V•更大的输出功率范围，单台2KW，并联至10KW•更快的编程速度，上升时间0.5ms，下降时间0.35ms•非常优异的电源输出及测量精度Power&EnergyPage14585A电脑端控制及分析软件24•支持N6705B直流电源分析仪和N7900A系列APS•同时控制多达4台N6705B主机，最多控制16路电源•通过PC控制N6705B及N7900A，进行参数设置，捕获电压，电流原始数据等；•增强了数据控制和分析功能，并使用与PC相同的控制（鼠标&键盘）以及更大的显示界面；•增强的缩放、局部放大、清晰的光标设置和光标运算（如mAh,mWh等能量累集）等功耗统计分析；•内置标准波形——正弦波，三角波，方波，扫频，噪声，阶梯等•波形捕捉和回放，数据导入、导出，直接将复杂波形转换为任意波形发生器输出等；•提供CCDF统计分析，用于电流分布情况分析；Power&EnergyPage标准或用户定义的电压瞬态波形输出26•将复杂的波形分解成多个简单波形：脉冲，正弦波，三角波等•多个基本波形经过拼接后，可以生成所需要的电压顺便波形模板16750启动波形Power&EnergyPage使用Scope或DataLogger直接观察电压/电流波形27•无需外部示波器或数据记录仪，甚至可以长时间精确测量电压、电流随时间变化。•从图上可以看出，非常优异的电压输出控制，无任何电压的过冲以及非常准确的时间控制。上述启动波形的5ms电压下降时间完全一致。Power&EnergyPage汽车电子中真实故障波形捕捉及回放1November2006使用示波器捕捉实际电压瞬变波形Scope捕捉到的波形经过14585A软件导入，可以将波形直接上传到电源，通过电源复现出刚才的特殊电压波形优点：基于示波器、APS和N6705，方便波形故障的捕获和回放，便于调试和进行故障分析14585A软件可以直接将示