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单片开关电源的测试技术

单片开关电源的测试技术

点击数:7630 次   录入时间:03-04 11:36:41   整理:http://www.55dianzi.com   开关电源技术

  (1)功率测量技术
  
  为便于对单片开关电源的效率进行计算与分析,必须准确测量各种功率参数,包括交流输入功率、各元器件上的功率损耗、总功耗。

  ①直接测量功率法。

  普通交流有效值仪表不适合测量开关电源的功率参数。因为此类仪表仅适合测量不失真的正弦波信号。

  然而单片开关电源中有多种高频非正弦波和瞬态干扰存在,例如:100kHz矩形波、锯齿波、开关失真波形、交流纹波。高次谐波;此外,还有尖峰电压、振铃电压、音频噪声、从电网引入的瞬态电压等电磁干扰信号。非正弦波的波峰因数均大子1.414(正弦波的波峰因数)。波峰因数(Kp)等于峰值电压(Vp)与有效值电压(VRMS)之比:Kp=Vp/VRMS。利用瓦特表能直接测量交流输入功率以及各种功率损耗。

  对于Kp≥3的非正弦波(例如窄脉冲),瓦特表也适用。

  单片开关电源的输入滤波电容会使交流输入电流波形产生严重失真,这是由于波峰因数较高而功率因数较低造成的。开关电源的功率因数典型值为cosφ0.6~0.8,它取决于交流线路的阻抗和交流输入电压值。

  利用瓦特表测量输入功率时,需按下图(b)所示接好电路。测电压时尽可能地跨接在开关电源的交流输入端。否则,电源引线上的压降也会造成1%~2%的测量误差,如下图(a)所示。

  假如没有瓦特表,亦可用直流高压代替交流输入二是滤波电容上不存在电网频率的波动,其功耗也低于正常值。这表明,用“直流输入法”只能获得电源效率的近似值。

  倘若手头无现成的直流高压可用,亦可采用简单的桥式整流、滤波的方法,将交流电变成直流高压。例如,对220V交流电直接进行整流、滤波,可获得约300V的直流高压。在测量过程中需要注意两点:第一,交流电的波动应尽量小:第二,此法未采用工频变压器与电网隔离,必须注意安全!

  ②计算法。

  通过对电压和电流的测量,也能得到元器件上的功率损耗。此法适用于测量下述元器件上的功耗:输入滤波电容Cl、输出滤波电容C2、输出滤波电感Ll、高频变压器T、反馈绕组及反馈电路。

  数字存储示波器具有函数运算功能。它能从电压与电流波形中直接计算并显示出平均功率值。但需注意,有的示波器探头存在50ns的延迟时间,这会给测量功耗带来误差。此时,建议采用“直流热等值法”测量。

  ③直流热等值法。

  此法对于获得功率损耗的近似值非常有用,尤其是功率开关管、输出整流管等功率器件它们有着相似的传输损耗、反向恢复时间及开关损耗等问题。采用这种方法时,首先要测出元器件在正常工作时的温升,然后用直流电流通过该元器件并产生相同的温升,最后根据测出的直流电压和直流电流值,计算出给定元器件上的平均功率损耗。“直流热等值法”的测量原理是:

  电压u,直接加到交流输入端,这样即可使用普通的直流电压表和电流表来测量直流输入功率。大多数开关电源在交、直流两种输入方式下均能正常工作。但是,当交流电源线上还并联有电风扇、电源变压器时,必须先把电风扇等断开,然后加直流高压。否则在输入直流高压时,电风扇或变压器绕组上会形成很大的短路电流,极易将电风扇、变压器烧毁。此外,用直流输入代替交流输入时,所测得的功率值会偏高1%~2%。原因之一是直流输入时元器件上产生的压降较低;原因之用直流电来模拟交流电的热效应,从而将交流测量变成对热力学温度以及纯直流参数的测量。它属于“间接测量法”。

  采用“直流热等值法”适合测量整流桥、TOP Switch芯片、钳位保护电路中的阻塞VDJ、输出整流管VD2、稳压二极管VS、EMI滤波器中的共模扼流圈L2上的功耗。

  (2)主要参数测试  
  
  下图是单片开关电源的测试电路。图中,T为自耦变压器,S是做空载试验用的开关,RL为可调负载。

  电路中使用标准交流电压表、直流电压表、直流电流表(安培表或毫安表)各一块。为提高测量准确度,亦可用经校准后的数字电压表和数字电流表来代替。

单片开关电源的测试电路

  ①测量输出电压的准确度。

  给单片开关电源加上标称输入电压和额定负载,用直流电压表测出实际输出电压Vb再与标称输出电压Vo进行比较,按下式计算输出电压的准确度:γV=[(V6-Vo)/V'o]×100%。

  ②测量电压调整率。

  给单片开关电源加上额定负载,首先测出在标称输入电压时的输出电压值V6,然后连续调节交流输入电压u,使之从规定的最小值(umin)一直变化到最大值(Umax),记下输出电压与标称值的最大偏差△V’o,最后由Sv=△Vb/V6×100%计算。

  ③测量负载调整率
  
  将u调至标称值,分别测出满载与空载下的输出电压值Vl、V2,再代入SI=[(V2-Vl)/V1]×100%计算。

  需要指出,单片开关电源模块的负载调整率通常是在Io从满载的10%变化到100%情况下测得的,此时应将SI=[(V2-Vl)/Vl]×100%中的V2换成Io=10%Iom时的输出电压值。

  ④测量输出纹波。

  单片开关电源的输出纹波电压通常用峰-峰值或最大值来表示,而不采用有效值。这是因为它属于高频窄脉冲,当峰一峰值较高时(例如±60mV),有效值可能仅为几毫伏,所以峰一峰值更具代表性。

  测量包含高频分量的纹波电压时,推荐使用20MHz以上带宽的示波器来观察峰一峰值。为避免从示波器探头的地线夹上引入开关电源发出的辐射噪声,建议用屏蔽线或双绞线作中间连线,使示波器尽量远离开关电源。




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