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【测试案例分享】使用示波器自动化测量电源开关损耗

2024-08-22 来源：微波射频网字号：大中小

开关电源是当前电子信息飞速发展不可或缺的电源方式之一。开关电源以其功耗小、效率高、节能效果显著的优势，广泛应用于各种消费类电子以及各类供电系统当中，成为一种主流的电源产品。

测试需求

开关电源集成化是电源未来发展的主要趋势，这也就意味着功率密度将会越来越大，对工艺要求也会越来越高，在半导体器件和磁性材料没有新的突破之前，技术创新的重点将集中在如何提高开关电源的效率和减小重量上。

典型开关式电源的效率可能约为87%，也就是会有13%的输入功率在电源内部耗散，主要表现以废热的形式。在这些损耗中，很大一部分耗散在开关器件，通常是MOSFETs或IGBTs，而开关器件最主要损耗便是：开通损耗和关断损耗。

测试原理及方法

在理想情况下，开关器件像照明开关一样要么“开”、要么“关”，并在这两种状态之间瞬时切换。在“开”的状态下，开关的阻抗是零，开关中没有功率耗散，而不管有多少电流流经开关。在“关”的状态下，开关的阻抗是无穷大，流经的电流是零，因此也没有功率耗散。

在实际中，某些功率是在“常开”（传导）的状态过程中耗散的；还有一些功率损耗，是在“开”和“关”（关闭）转换、在“关”和“开”（打开）转换期间耗散的，通常后者比前者明显要高得多。

图1

之所以出现这些不理想的情况，是因为电路中存在着寄生参数。如图1所示，栅极上的寄生电容会降慢器件的开关速度，延长打开时间和关闭时间。在漏极电流流动时，MOSFET漏极和源极之间的寄生电阻都会耗散功率。

示波器测试开关损耗的原始办法：需要工程师手动设置选通，并添加数学公式，这样便会导致不同工程师略微不同的设置方法引起不同的测试结果。为了避免人工误差，现流行使用软件进行自动测量。

示波器测试开关损耗的新方案：泰克的POWER高级功率测量和分析软件为开关损耗测量提供了定制化自动设置功能，并且符合 IEC60747-8 和 IEC60747-9 的测试方法，告别复杂设置，现在只需按一个按钮，就可以执行全套开关损耗功率和能量测量。

软件中可以选择算法模型，支持MOSFET和BJT/IGBT算法；电源类型支持SMPS、PFC和Flyback；可以使用自动幅度和上升时间测量，确定信号的幅度，设置10% 和90% 幅度时的测量门限值，然后测量信号的上升时间。此外，在复杂的信号中，可以使用光标选通功能，把测量重点放在波形的特定部分。然后把幅度乘以80%，除以上升时间指标，计算得出转换速率。还支持绘制出轨迹图，方便设计工程师对其进行分析优化。这一款软件可以极大提高工作效率，缩短项目工期，并减少人为误差，是当前很多开关电源设计工程师的新宠。