电源测试解决方案

1、RIGOL 电源系统测试方案电源测试需求概况电力电子设备的迅速发展及多样化电源种类的复杂多样：适配器、UPS、PC电源、通信电源、安防电源、医疗电源、航空电源等电源设计要求：更小的外形因子更高的效率更低的每瓦成本种类繁多的测试:输出测试、输入测试、保护测试、安全测试、环境测试和EMC测试典型电源开发测试需求n 主要电源参数测试n 功率、电能质量、谐波、纹波、调整率、冲击电流n 测试设备：示波器、万用表、功率表、负载n 内部重要元器件性能测试n 功率器件、变压器n 示波器、电流和差分探头n 电磁兼容性测试n 频谱分析仪或EMC接收机n 模拟各种驱动和PFC控制信号n 任意波形发生器n RIGOL

2、电源测试解决方案 基于数字示波器的开关电源功率分析 使用频谱仪测量开关电源EMI问题 使用数字万用表和数采完成电源监测开关电源基本原理EMI滤波取样比较放大输入电路变换电路输出电路控制电路交流输入整流滤波开关器件控制驱动变压器整流滤波直流输出开关电源常见测试项EMI滤波取样比较放大输入电路电源质量，电流谐波，突入电流变换电路开关损耗，安全工作区输出电路纹波控制电路调制分析交流输入整流滤波开关器件控制驱动变压器整流滤波直流输出使用示波器测试开关电源3个主要测试点：探头需求：n高压差分电压探头n电流探头n无源电压探头(1:1)浮地测试问题零线火线大地示波器电源接地阻抗AB电阻阻抗V ab探头地线阻

3、抗探头阻抗地环路阻抗地环路电流V 地环路电压电源系统地线阻抗和示波器电源变压器绕组间电容相串联构成的复杂阻抗参考点 “0”V 非地cd浮地电压(共摸电压)V cd电源测试中大量电压测试为浮地测试，即不以地作参考的差分电压测试浮地测试必须使用差分探头，剪断普通示波器地线的方法是错误和危险的悬浮示波器的危害n 不要断开示波器的电源地线不要断开示波器的电源地线! !n操作人员可能触电，非常的危险n可能损坏示波器n可能损坏被测系统n结果是波形扭曲,测量有误差，得到一个错误的测量电源测试中长存储的重要性n 电源测试经常需要采集一个工频周期（20ms）或半个工频周期的信号n 对于开关损耗等测试，必须保证采

4、集到信号边沿上足够多样点才能获得真实结果n 主流MOSFET的开关频频率已高达几百KHz，上升沿仅有十几纳秒n 示波器至少需要几兆的存储才能完成电源测试任务，越多越好存储深度（pts）=采样率（Sa/s）x 波形存储时间（s）RIGOL新一代长存储数字示波器n深存储高采样n高波形捕获率n多级灰度显示n硬件实时波形录制DS6000系列DS4000系列DS2000系列DS1000Z系列RIGOL开关电源测试软件使用示波器+功率分析软件 Ultra Power Analyzer对开关电源测试数据进行分析支持两种工作模式：在线和离线Ultra Power Analyzer 软件简介支持自动或手动设置示

5、波器同步显示波形和测量数据屏幕和内存数据可选自动校正通道延迟多种分析功能：电源质量、电流谐波、突入电流、开关损耗、SOA、调制、纹波报告生成支持DS2000/4000/6000系列示波器USB和LAN通信方式Ultra Power Analyzer 用户界面标题/状态/工具栏参数显示波形显示测量功能必要的准备工作：通道延迟校正和探头偏置校正Small LoopLarge LoopRPA246偏移校正夹具校正电压和电流探头引入的时间延迟，保证功率测量准确性！高压差分探头和电流探头还会有直流偏置，也需要在测试前校准电源质量测量n 电压有效值n 电流有效值n 有功功率n 视在功率n 无功功率n 功率

6、因数n 相角n 阻抗n 电压波峰因数n 电流波峰因数确定电源线上的功率消耗及电能质量、电流谐波等。电流谐波测定开关电源是否符合EN61000-3-2电流谐波标准。n 高达40次谐波测量n FFT和Bar显示n THD总谐波失真测量突入电流开关电源打开时，输入端的滤波电容相当于瞬间短路，会产生一个上升时间较快，幅度较大（正/负）的电流。n 峰值电流n 总能量n 平均功率测量突入电流可以确认流过各元器件的电流是否超过了允许值开关损耗开启损耗：定义为T1至T2期间的损耗导通损耗：定义为T2至T3期间的损耗关闭损耗：定位为T3至T4期间的损耗总损耗：定义为T1至T4期间的损耗，即：开启损耗+导通损耗+

7、关闭损耗只有识别真正的开关切换点才能保证测量结果的准确性。电压、电流和瞬时功率波形开关损耗允许自动设置周期数允许设定开关切换电平多达40个测量项，每个测量项给出测试结果、起始时间、终止时间安全工作区开关器件应工作在安全工作区SOA（Safe Operating Area）内。可通过开关器件数据手册查到。测试结果在X-Y和Y-T模式下标记失败的点，并显示总的失败点数调制分析反馈控制环路目的是稳定输出电压，调制分析正是分析开关电源的控制环路特性n 频率n 周期n 正占空比n 负占空比n 正脉宽n 负脉宽纹波噪声测试输出端的纹波和噪声情况，通常用mVrms 或mVpp衡量n 峰峰值n 最大值n 最小

8、值n 频率p AC耦合p 20MHz带宽限制p X1探头比生成报告n html格式n 仪器型号n 序列号n 波形n 示波器参数n 测量数据n 测量时间 基于数字示波器的开关电源功率分析 使用频谱仪测量开关电源EMI问题 使用数字万用表和数采完成电源监测RIGOL最新电源测试解决方案什么是EMIEMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）是一种可以通过空气（辐射）或交流线路（传导）传递电磁干扰，影响电气和电子线路正常运行的现象。ConductionRadiationEMCEMIEMS为什么要测试EMI在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件

9、等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。大部分国家和政府都提出了管控要求。为什么要测试EMIn 电子设备达到预期的功能n 系统内各设备之间相互不干扰n 对外界电磁环境不构成污染n 满足电磁兼容标准的要求如何测试EMI重新设计EMI仿真预兼容测试预兼容测试认证测试COC项目计划原理框图实验样机工程样机商品样机PC仿真软件近场探头频谱分析仪EMI测试接收机EMI测试系统没通过没通过没通过没通过产品周期中的各种EMI测试 EMI预兼容测试EMC标准认证测试是远场测试，远场测试能给出频率信息，即哪些频点超标了，但是没有位置信息。由于近场的辐射越大

10、，远场的辐射也必然越大。通过近场测量可以很方便的实现干扰定位，甚至可以精确到IC引脚以具体走线，从而判定干扰产生的原因。频谱分析仪是EMI测试、诊断和故障检修中用途最广的一种工具。频谱仪 近场探头近场探头分类及特点磁场探头 磁场由电流产生，所以最常见的发射源包括芯片，器件的管脚、PCB 上的布线、电源线及信号线缆。 最常见的磁场探头多为环状电场探头 电场由电压产生，主要的发射源包括一些未端接器件的线缆 、连接高阻器件的PCB 布线等。 最简单的电场探头类似一根小天线近场探头典型测试方法第一步：检查PCB附近的电磁场情况第二步：精确定位PCB上电磁场产生的源头频谱仪测试开关电源EMI 第一步利用

11、EM5030-1探头探测PCB某处磁场大致强度 发现10MHz，70MHz，107MHz附近有较强的磁场辐射频谱仪测试开关电源EMI 第二步利用EM5030-3进一步定位（探测探头附近的两根较长的引线） 发现其中一根（电池供电时的初级线圈）辐射比较强，频率在10MHz，70MHz频谱仪测试开关电源EMI通过以上两步基本查到不同频率点的辐射源，此时信号太弱，打开前置放大，衰减设为0，调节RBW等参数，提高信噪比，测量结果更显著 基于数字示波器的开关电源功率分析 使用频谱仪测量开关电源EMI问题 使用数字万用表和数采完成电源监测RIGOL最新电源测试解决方案常用的电源检测仪器有示波器、频谱仪和数字

12、万用表，它们能够覆盖的测量范围不同。使用数字万用表监测电源输出波动DM3068具有6位半分辨率，DCV测量准确度35ppm具备趋势绘图功能，可监测输出电压的长时间变化使用数字万用表监测电源波动通过绘制实时测量数据的趋势图，用户不用借助其他辅助手段即可观察到测量数据的变化情况利用趋势绘图功能来覆盖示波器和频谱仪的电源测试盲区。例如：下面被测对象为某个模数混合电路的模拟部分电源电压波形。使用数字万用表监测电源波动万用表：趋势绘图功能测得其中夹杂有幅度约为4.4mVpp的正弦纹波，实际上是50Hz工频干扰。示波器：带宽高，波形中引入宽带开关噪声，纹波幅度8.4mVpp，符合“心理期望”数据采集/开关系统M300系列测量测量切换切换M300M300M300普遍应用于各大工业产线、科研院所以及高校实验室等其主要用途是进行快速分布式测试测量，提高生产、科研工作的效率多用于直流电压、温度及电阻信号的测试M300数采产品特点6 DMM 可以任意卡槽安装、拆卸可以任意卡槽安装、拆卸单卡最多单卡最多64通道，整机最多通道，整机最多320通道通道高达高达100k的带时间戳完整数据缓存的带时间戳完整数据缓存多达多达10种模块卡可选种模块卡可选数学数学统计统计功能功能A