开关电源基础.ppt

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1、开关电源测试开关电源测试基础知识基础知识泰克中国分销业务部宋磊开关电源基础开关电源基础4什么是开关电源4常见开关电源拓扑结构0Flyback（反激）0Boost（正激）0Half-Bridge（半桥）0Bridge(全桥）4开关电源的主要部分（AC-DC）0输入整流滤波0输出整流0开关电路0电感（变压器）0控制部分4开关电源测试举例0荧光灯电子镇流器0APFC有源功率因数校正电路电源的分类和作用电源的分类和作用4根据电源的输入和输出类型分类：根据电源的输入和输出类型分类：0AC-DC,DC-DC,DC-ACAC-DC,DC-DC,DC-AC4电源的作用，例如电源的作用，例如 AC-DC AC-

2、DC电源：电源：0整流：将输入交流信号转换为直流信号0电压转换：输出要求的电压幅度0滤波：将输入整流的电压进行平滑0调整：控制输出电压使得幅度恒定0隔离：将输入与输出部分进行电气隔离0保护：防止浪涌等有害电压到达输出部分，造成设备损坏4理想的电源：0提供稳定，平滑的输出电压，无论输入，负载或者环境温度如何变化，并且有100的能量转换效率 电源的外部性能指标电源的外部性能指标4功率，电流，电压功率，电流，电压4保护功能保护功能4安全性能安全性能0ClassI,通过基本的绝缘或者保护地实现电气安全0ClassII，通过增强的加倍的绝缘实现电气安全0ClassIII，通过SELV电路提供保护，不会产

3、生有害的电压4电磁兼容标准电磁兼容标准线性电源线性电源4开关电源输出电压开关电源输出电压开关电源开关电源 脉冲宽度调制的基本概念脉冲宽度调制的基本概念开关电源开关电源 典型的开关电源原理框图典型的开关电源原理框图整流整流桥桥输入输入滤波滤波直流变换器直流变换器脉宽调制脉宽调制为什么使用开关电源为什么使用开关电源线性电源和开关电源线性电源和开关电源指标指标线性电源线性电源开关电源开关电源线路调整线路调整0.02%0.05%0.05%0.1%负载调整负载调整0.02%0.1%0.1%1.0%输出纹波输出纹波0.5mV2mV RMS10 mV100 mVP-P输入电压范围输入电压范围10%20%效率

4、效率40%55%60%95%功率密度功率密度0.5 W/cu.2W10W/cu.瞬态恢复瞬态恢复50 s300 s保持时间保持时间2 ms34 ms开关电源的拓扑结构开关电源的拓扑结构4反激变换器（Flyback）4正激变换器（Forward）4升压变换器（Boost in PFC）4半桥变换器（Half Bridge）4全桥变换器（Full Bridge）反激变换器（Flyback）4开关管开关管Q导通，副边感应电位使得导通，副边感应电位使得D1截至，原边电流线性截至，原边电流线性上升上升4开关管开关管Q截止，原边电流为截止，原边电流为0，变压器储存的能量通过副边，变压器储存的能量通过副边释

5、放，释放，D1导通，并逐步降低导通，并逐步降低反激变换器（Flyback）4反激变换器使用元件最少，最反激变换器使用元件最少，最简单经济简单经济4输出功率比较小，输出纹波大输出功率比较小，输出纹波大4单端反激变换器的工作分为连单端反激变换器的工作分为连续和非连续续和非连续2种工作模式，图示种工作模式，图示为非连续模式，输出不能空载为非连续模式，输出不能空载4开关管开关管2端最大电压为：端最大电压为：反激变换器（Flyback）4连续工作模式连续工作模式反激变换器主要部分典型波形4通道通道1：VDS4通道通道2：V副边副边4通道通道3：IDS4通道通道4：I副边副边降压变换器（Buck）升压变换

6、器升压变换器（Boost）常用于）常用于PFC电路电路正激变换器正激变换器（Forward）半桥变换器（Half Bridge）全桥变换器（Full Bridge）开关电源及其测量问题输入电路部分开关电源及其测量问题输入电路部分40KHzCLOCKLNGDSG有功功率有功功率视在功率视在功率功率功率 因数因数电流谐波电流谐波总谐波失总谐波失真真(THD)市电输入整流滤波电路市电输入整流滤波电路市电输入整流滤波电路市电输入整流滤波电路市电输入整流滤波电路的测量问题市电输入整流滤波电路的测量问题4视在功率（视在功率（Apparent Power）4有功功率（有功功率（True Power）4功率因

7、数（功率因数（Power Factor）4波峰因数（波峰因数（Crest Factor）4总谐波失真（总谐波失真（Total Harmonic Distortion）4电磁兼容问题，按照电磁兼容问题，按照EN61000-3-2进行一致性测试进行一致性测试功率定义功率定义-综述综述4有多少种功率定义？有多少种功率定义？0IEEE技术词典中列出了十多种不同的功率定义技术词典中列出了十多种不同的功率定义0两种最常用的功率类型两种最常用的功率类型4视在功率视在功率4平均功率（亦称真值功率、有功功率）平均功率（亦称真值功率、有功功率）0其他的功率其他的功率4无功功率无功功率4谐波功率谐波功率4瞬时功率瞬

8、时功率功率定义功率定义-视在功率视在功率4数学定义：数学定义：Papp=Urms*Irms Urms 是电压的有效值，是电压的有效值，Irms是电流的有效值是电流的有效值 简单地说，只要分别测量出电压和电流有效值，即可计算出视在功简单地说，只要分别测量出电压和电流有效值，即可计算出视在功率，单位用率，单位用VA表示。表示。功率定义功率定义-平均功率（一）平均功率（一）4平均功率是工程师最常用的名称，也称有功功率或真值功率平均功率是工程师最常用的名称，也称有功功率或真值功率4数学定义：数学定义：0对于正弦交流电路对于正弦交流电路Pavg=Urms*Irms*Cos(U,I)Urms 是电压的有效

9、值，是电压的有效值，Irms是电流的有效值，是电流的有效值，Cos(U,I)是正弦交流电压与电流的相位角是正弦交流电压与电流的相位角0对于非正弦交流电路对于非正弦交流电路 Pavg=Un 是包含了谐波电压的电压测量值是包含了谐波电压的电压测量值 In 是包含了谐波电流的电流测量值是包含了谐波电流的电流测量值与上面定义区别在于：包含了与上面定义区别在于：包含了n的高次谐波，使用了离散的计算方法。的高次谐波，使用了离散的计算方法。可以看出，这是需要大量的反复运算的，这是为什么工程师喜欢可以看出，这是需要大量的反复运算的，这是为什么工程师喜欢TDS3000B示波器的数学运算功能的原因。示波器的数学运

10、算功能的原因。功率定义功率定义-平均功率（二）平均功率（二）4另一个平均功率的定义是等效直流电阻中的另一个平均功率的定义是等效直流电阻中的“热能热能”的定义，这的定义，这是个更容易理解的概念是个更容易理解的概念 P=I*I*R4平均功率的重要性：平均功率的重要性：0对于象灯泡，加热器等电阻负载，平均功率的测量和计算是对于象灯泡，加热器等电阻负载，平均功率的测量和计算是很方便的，但是，这样的计算不适用于非线性负载。很方便的，但是，这样的计算不适用于非线性负载。0现代的电子技术应用中，开关电源、电子整流器，空调控制现代的电子技术应用中，开关电源、电子整流器，空调控制系统，感应或脉冲调制马达等等都使

11、用了非线性技术，这样，系统，感应或脉冲调制马达等等都使用了非线性技术，这样，在设计，故障诊断和分析中都需要进行非线性负载的平均功在设计，故障诊断和分析中都需要进行非线性负载的平均功率测量。率测量。功率因数功率因数4有功功率有功功率 Urms*Irms*Cos(U,I)pF（功率因数）视在功率波峰因数（波峰因数（Crest Factor）4被测波形峰值与该波形的均方根值之比。被测波形峰值与该波形的均方根值之比。4纯正弦波的峰值系数是纯正弦波的峰值系数是1.414()4也称为峰值因数也称为峰值因数（Peak Factor）总谐波失真总谐波失真 （THDTHD）4交流量中，畸变含量的方均根值对基波分

12、量的方均根值之百分比。交流量中，畸变含量的方均根值对基波分量的方均根值之百分比。f0f2f3f4f5f1测例测例-通讯电源输入功率测量通讯电源输入功率测量这是个通讯电源输入的测例：这是个通讯电源输入的测例：为了得到视在功率，我们将测量到的有为了得到视在功率，我们将测量到的有效值相乘，得到效值相乘，得到视在功率视在功率=120.8V*=120.8V*1.108A=133.8W1.108A=133.8W为了得到有效功率，我们使用为了得到有效功率，我们使用TDS3000BTDS3000B的数学运算（的数学运算（Math)Math)按钮，对电压和电流按钮，对电压和电流的波形的波形“逐点逐点”相乘，得到

13、有效功率相乘，得到有效功率=88.0W=88.0W。注意，这里使用的是相乘后的。注意，这里使用的是相乘后的“平均值（平均值（Mean)”Mean)”而不是而不是“有效值有效值(RMS)”(RMS)”来得到有效功率，这是根据前面来得到有效功率，这是根据前面所叙述的平均功率的定义来的。所叙述的平均功率的定义来的。这样，我们很容易的得到该设备的功率这样，我们很容易的得到该设备的功率PF=88.0W/133.8W=0.66,PF=88.0W/133.8W=0.66,从而从而为设计功率校正电路为设计功率校正电路PFCPFC提供数据。提供数据。TDS3000BTDS3000B的功率测量功能的功率测量功能测

14、例测例-功耗测量功耗测量4通过面积测量得通过面积测量得到一定时间的功到一定时间的功耗，如图中测得耗，如图中测得在在121秒内功耗为秒内功耗为约约58Ws.4测量电池供电设测量电池供电设备的功耗曲线备的功耗曲线TDS3000BTDS3000B的自动面积测量能力的自动面积测量能力功率：三相功率测量功率：三相功率测量4对三相电路的功率测量对三相电路的功率测量-双功率计法双功率计法不同于不同于“双功率计双功率计”法的名称，实际测量中只需要一法的名称，实际测量中只需要一台台TDS3000B示波器即可，电压测量的公共端接在三示波器即可，电压测量的公共端接在三相中的任意一相，比如相中的任意一相，比如B 相，

15、然后测量相，然后测量B相同相同A相和相和C相的电压差以及相的电压差以及A相和相和C相的电流。相的电流。Wtotal=W1+W24对三相电路的功率测量对三相电路的功率测量-单路法（适用平衡负载）单路法（适用平衡负载）通过一台通过一台TDS3000B示波器，测量出平衡负载的一相示波器，测量出平衡负载的一相的的RMS电压和电压和RMS电流，乘上电流，乘上1.732即可的到三相的即可的到三相的全部功率全部功率4需要注意的问题：电压探头的接地需要注意的问题：电压探头的接地 电流探头的方向电流探头的方向练习练习1：功率测量：功率测量4测量电流和电压，不使用测量电流和电压，不使用TDSPWR3软件，只是应用

16、软件，只是应用TDS5000B的计算和测量功能，得到功率测量值。的计算和测量功能，得到功率测量值。电磁兼容问题电磁兼容问题4辐射标准辐射标准4高频辐射标准高频辐射标准4低频辐射标准低频辐射标准0电流谐波标准电流谐波标准EN61000-3-2谐波：谐波定义谐波：谐波定义-非线性负载非线性负载4非线性负载非线性负载0什么是非线性负载：当加入正弦电压产生非正弦电流什么是非线性负载：当加入正弦电压产生非正弦电流0非线性负载的类型非线性负载的类型4电感电感-由于饱和的影响由于饱和的影响4SCR可控硅控制电路可控硅控制电路4AC/DC电路电路4 0非线性负载的影响非线性负载的影响4热损耗热损耗4输入电压波

17、形畸变输入电压波形畸变4高频谐振高频谐振谐波：谐波定义谐波：谐波定义-谐波的数学计算谐波的数学计算4对任一信号，可以进行对任一信号，可以进行FFT运算，进行以下分解：运算，进行以下分解：A(t)=A0+A1sin(t+1)+A2sin(2 t+2)+A3sin(3 t+3)+0,2,3 ：谐波频率谐波频率0A0：直流分量直流分量0A1：基波：基波0A2,A3,：谐波：谐波4所以，谐波分析的本质在于所以，谐波分析的本质在于FFT功能功能4分析的内容分析的内容0谐波频谱谐波频谱0各次谐波的含量各次谐波的含量0谐波失真度谐波失真度谐波：谐波测例谐波：谐波测例-输入电压谐波分析输入电压谐波分析通过通过

18、TDS3000BTDS3000B的快速傅立叶的快速傅立叶分析功能，可以很容易地将分析功能，可以很容易地将所需要分析的频谱、谐波含所需要分析的频谱、谐波含量、失真度读出。量、失真度读出。TDS3000BTDS3000B的的FFTFFT测量功能测量功能4可以看出，由于波形可以看出，由于波形的对称性，频谱分析的对称性，频谱分析的记过主要是奇次谐的记过主要是奇次谐波的成分波的成分4由于由于FFT的分析频率的分析频率范围是采样率的一半范围是采样率的一半决定的，而分析的步决定的，而分析的步长解析度又是采样率长解析度又是采样率和内存共同决定的，和内存共同决定的，所以，选择合适的采所以，选择合适的采样率成为样

19、率成为FFT运算的运算的关键因素。关键因素。4TDS3000B最高到最高到5G/s.谐波：谐波测例谐波：谐波测例-输入电流谐波分析输入电流谐波分析TDS3000BTDS3000B的的FFTFFT测量功能测量功能EN61000-3-2&AM144电流谐波标准电流谐波标准0EN61000-3-24老的测量流程老的测量流程4定义不够清楚定义不够清楚0EN61000-3-2 AM144改写了改写了EN61000-3-2 标准中不清楚的地方标准中不清楚的地方42004年一月欧洲将开始实施年一月欧洲将开始实施4应该适用哪个标准：应该适用哪个标准：0两者都可以两者都可以4泰克的泰克的TDSPWR3二种标准都

20、可以支持二种标准都可以支持EN61000-3-2标准（标准（IEC1000-3-2)4电流谐波标准电流谐波标准4原标准：原标准：EN60555-2(IEC555-2)电子产品的分类电子产品的分类 4A类设备类设备电机驱动设备，家用电器，三相设备电机驱动设备，家用电器，三相设备4B类设备类设备所有直接所有直接220Vac50Hz供电的便携式电动工具供电的便携式电动工具 4C类设备类设备所有照明设备所有照明设备=25watts4D类设备类设备PCs,PC 显示器，电视，功率显示器，电视，功率75W到到600W AM14中电流波形模板测试被去掉。中电流波形模板测试被去掉。实验实验2：使用：使用TDS

21、PWR3的输入测量功能的输入测量功能4测量输入信号的各项参数测量输入信号的各项参数4按照按照EN6100032 测量谐波测量谐波PFC有源功率因数校正电路的作用有源功率因数校正电路的作用电流模式的有源功率因数校正电路（电流模式的有源功率因数校正电路（APFC）4通过控制扼流圈LE的快速能量存储与释放，使得平均输入电流跟踪输入线路4在输入90260V输入电压范围内，输出稳定在400VDC4功率因数可以达到0.95to0.99应用文章和测试案例（应用文章和测试案例（APFC）开关电源及其测量问题开关电源及其测量问题 DC 输出部分输出部分40KHzCLOCKLNGDSGDC输出部分输出部分输出纹波

22、输出纹波输出纹波测量输出纹波测量4低频纹波：工频的2倍频（100Hz）4高频纹波：脉宽调制开关电路带来的纹波4开关噪声：与PWM信号同频的噪声4随即噪声：工频或者开关频率相关的噪声输出纹波测量输出纹波测量4纹波的测量一般使用峰峰值4一般使用20MHz带宽的示波器进行测量4纹波的典型值是输出电压的12输出纹波测量输出纹波测量 方法方法14如果要带载测试，必须使用示波器探头时，必须注意：0尽量减少示波器探头接地线的影响（使用BNC到探头尖转换或者至少拔掉探头帽，去掉探头地线0需要并联0.1uF电容0示波器良好接地0测量共模噪声大小输出纹波测量输出纹波测量 方法方法24测量结果应该X24示波器良好接

23、地4电容C为低ESR型，不小于10uF输出纹波测量输出纹波测量 专门的测试夹具专门的测试夹具4比如，特制的测试盒，测试板4BNC测试线等实验实验3：纹波测量：纹波测量4测量纹波，并尝试不同方法测量纹波，并尝试不同方法4Nortel announces Power over Ethernet Switch4IEEE Ratifies POE standard IEEE802.3af4Organizations working on POE0Delta Power,Taiwan0PowerDsine,Israel0Nortel0CiscoPower Over Ethernet(POE)Power

24、Over Ethernet4Test Points0At power supply output point0RJ45 connector end4Power Over Ethernet0Measure ripple over range of frequency bandMeasurements in Power over EthernetFrequencyRippleandNoiseLimit(mVpk-pk)500Hz50020KKz-150KHz200150Khz-500KHz150500Khz-1000KHz504Result of Spectral AnalysisMarkerSp

25、ectral Analysis in TDSPWR3开关部分：开关管的类型开关部分：开关管的类型4双极性（双极性（BJT）4MOSFET4IGBT开关管的损耗开关管的损耗4开关管的损耗是整个电源中最大部分的损耗4开关管是整个电源中最”脆弱“的部分4损耗会以发热的形式表现 4损耗主要有2部分：0开关损耗4发生在电压从导通到截至而电流从截至到导通的瞬间，电流和电压相乘得到0传导损耗4在导通时由于导通电阻得到VdsIdsPdsT1T2T3T4TimeTon 损耗损耗Toff 损耗损耗传导损耗传导损耗开关管：开关管：BJTBJT4Bipolar Junction Transistor4双极性三极管双极

26、性三极管4 开关管：开关管：MOSFETMOSFET4Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor4(a)如果门极未加偏置电压，电流可以从漏极流向源极4(b)如果门极加偏置电压，耗尽区增大，漏极流向源极的电流减小MOSFETMOSFET的特点的特点4优点：0高输入阻抗电压驱动，易于使用0单极性设备，多数载流子设备，快速切换速度0更宽的SOA（安全工作区）0正温度系数，易于并联使用4特性：4耐压100mV4结果将造成开关管总损耗测量的不准确结果将造成开关管总损耗测量的不准确 100s mV500V同时测量几百伏的高电压和几百毫伏的小电压同时测

27、量几百伏的高电压和几百毫伏的小电压4解决的办法解决的办法0如果传导态的电压可以测量，测量导通电阻（如果传导态的电压可以测量，测量导通电阻（RDSon）4如果开关电压峰峰值小于如果开关电压峰峰值小于100V0通过开关管手册查到当前工作温度下导通电阻（通过开关管手册查到当前工作温度下导通电阻（RDSon）的理论数）的理论数值值100s mV500V探头引起的通道时间偏差探头引起的通道时间偏差TimeGNDVdsIds GNDVdsGNDIdsSkew校准时间偏差校准时间偏差4偏差校正偏差校正0通过专用夹具测量电压与电流通道波形的偏差通过专用夹具测量电压与电流通道波形的偏差0调整或将偏差抵消调整或将

28、偏差抵消0信号现在可以时间对齐信号现在可以时间对齐Deskew fixtureTDSPWR3进行静态时延校准进行静态时延校准4静态校正静态校正0支持泰克的电流探头，支持泰克的电流探头，差分探头差分探头0可以校正高达可以校正高达100A的的电流电流0无需校准夹具无需校准夹具Deskew fixtureTDSPWR3 实时时延校准实时时延校准4对于特殊的探头自动对于特殊的探头自动校准时延校准时延4需要时延校准夹具或需要时延校准夹具或者提供同一脉冲沿的者提供同一脉冲沿的电流电压信号的信号电流电压信号的信号源源差分探头和电流探头的寄生噪声差分探头和电流探头的寄生噪声4解决的办法解决的办法0保证差分探头

29、的直流平衡保证差分探头的直流平衡 4将示波器设置到捕获开关信号需要的垂直刻度（伏将示波器设置到捕获开关信号需要的垂直刻度（伏/格）格）4调整直流平衡，使得短路平均值为零伏调整直流平衡，使得短路平均值为零伏 0确保电流探头的直流平衡确保电流探头的直流平衡 开关电源中的开关管开关电源中的开关管4开关管测量的问题：开关管测量的问题：0关断态时电流信号的噪声电平关断态时电流信号的噪声电平 VdsIds500V1or2mA(noise)4结果将导致测量周期功率损耗结果误差结果将导致测量周期功率损耗结果误差 开关电源中的开关管开关电源中的开关管4开关电源设备中测量开关管的问题：开关电源设备中测量开关管的问

30、题：0需要很长的示波器记录长度进行准确测量需要很长的示波器记录长度进行准确测量4负载变化将导致传导损耗变化负载变化将导致传导损耗变化 4输入电压变化导致导通和截止损耗变化输入电压变化导致导通和截止损耗变化 0引起开关管导通引起开关管导通/截止时间变化截止时间变化0同时也导致传导损耗测量误差同时也导致传导损耗测量误差0引起测量结果重复性差引起测量结果重复性差 开关电源中的开关管开关电源中的开关管4开关电源设备中测量开关管的问题：开关电源设备中测量开关管的问题：0需要很长的示波器记录长度进行准确测量需要很长的示波器记录长度进行准确测量Switching VoltageSwitching Curre

31、nt4解决方法解决方法0捕获整个的负载变化过程捕获整个的负载变化过程0或者捕获完整的一个工频周期的数据或者捕获完整的一个工频周期的数据 开关电源中的开关管开关电源中的开关管4开关电源设备中测量开关管的问题开关电源设备中测量开关管的问题0当开关波形有很大振铃时，如何分辩真正的导通与截止当开关波形有很大振铃时，如何分辩真正的导通与截止 0解决办法解决办法4定义参考电平和滞回电平准确定位边沿定义参考电平和滞回电平准确定位边沿4使用门级（使用门级（G）作为参考波形）作为参考波形 IdsVdsVg开关损耗开关损耗VdsIdsPdsT1T2T3T4TimeTon LossToff Loss传导损耗传导损耗

32、4开关损耗开关损耗 Ton&Toff Ton&Toff4传导损耗：导通态开关管本身消耗的能量传导损耗：导通态开关管本身消耗的能量(T(T2 2 to T to T3 3)4平均功率损耗平均功率损耗 Ton,Toff,Ton,Toff,和传导损耗之和和传导损耗之和动态导通电阻动态导通电阻(RDS ON)在导通态开关管在导通态开关管 RDS on Vds/Ids Vds/IdsGND GNDRDS ONT2T3 GND888VdsIdsTime安全工作区（安全工作区（SOASOA）VdsGNDGNDVdsIdsTimeIds4SOA：是开关管瞬时电压与电流的关系曲线：是开关管瞬时电压与电流的关系曲

33、线 大多数开关损耗发生在开关瞬态大多数开关损耗发生在开关瞬态需要使转换时间最小，减少开关损耗需要使转换时间最小，减少开关损耗 电压电压电流电流功率功率开关损耗开关损耗4TDSPWR3自动测量开关元自动测量开关元件开启，断开及其周期损耗件开启，断开及其周期损耗 4软件可以根据负载的动态变软件可以根据负载的动态变化，自动计算出最小，最大化，自动计算出最小，最大和平均值，进行开关损耗的和平均值，进行开关损耗的趋势计算趋势计算 4峰值功率定位功能能够进行峰值功率定位功能能够进行瞬态功率损耗的精确定位与瞬态功率损耗的精确定位与测量测量动态负载时的开关损耗动态负载时的开关损耗4峰值功率定位峰值功率定位 (

34、HiPower Finder)0捕捉负载变化事件捕捉负载变化事件0追踪瞬态功率值追踪瞬态功率值0将瞬态功率点与相应将瞬态功率点与相应的时域波形对应分析的时域波形对应分析0放大波形细节放大波形细节开关损耗测试的画面开关损耗测试的画面4测量类型测量类型4边沿分析边沿分析4Ton&Toff Toff 电平电平4选项选项4设置设置0使用工频作为触发源使用工频作为触发源0门级驱动信号作为参考边沿门级驱动信号作为参考边沿0捕获至少半个工频周期的开关电压和电流波形捕获至少半个工频周期的开关电压和电流波形0最小采样率设为最小采样率设为50MS/s 有源功率因数校正电路（有源功率因数校正电路（APFC）中的开关

35、损耗）中的开关损耗 4结果结果0计算计算 Ton,Toff 和总损耗和总损耗选通数据分析选通数据分析4设置设置0使用开关电压进行边沿分析使用开关电压进行边沿分析0打开信号调理打开信号调理Fly back结构电源的开关损耗结构电源的开关损耗进行边沿分析的进行边沿分析的部分部分推挽式电路的开关损耗测量推挽式电路的开关损耗测量参考电平参考电平4设置设置0使用开关电压进行边沿分析使用开关电压进行边沿分析0打开信号调理打开信号调理电子镇流器电子镇流器H桥开关损耗测量桥开关损耗测量 4捕获至少半个工频周期捕获至少半个工频周期的开关电压和电流波形的开关电压和电流波形（Vds&Ids）4选择测量类型为周期和选

36、择测量类型为周期和频率可变型频率可变型4根据边沿设置参考电平根据边沿设置参考电平然后进行测量然后进行测量SOA（安全工作区）（安全工作区）4安全工作区安全工作区（SOA）测量）测量 0快速得到快速得到SOA4重复信号的安全重复信号的安全工作区工作区安全工作区（安全工作区（SOA）4TDSPWR2 及其数字及其数字荧光示波器提供长记荧光示波器提供长记录长度以及自动测量录长度以及自动测量功能，使得这一任务功能，使得这一任务简单，快速简单，快速 4长记录长度捕捉整个长记录长度捕捉整个时间时间4自动测量确定安全工自动测量确定安全工作区作区 0将安全工作区与时将安全工作区与时域波形实时定位与域波形实时定

37、位与分析分析4单次事件安全工作区单次事件安全工作区 开关管安全工作区（开关管安全工作区（SOA）模板）模板4按照开关管厂家给按照开关管厂家给出的指标设置模板出的指标设置模板4对数或者线性刻度对数或者线性刻度4模板的存储，调出模板的存储，调出4实时模板测试实时模板测试4测量游标关联测试测量游标关联测试MaskFailedsection动态导通电阻动态导通电阻(RDS ON)Vds/Ids4开关设备导通时，开关设备导通时，Vds/Ids 的幅度的幅度GND GNDRDSONT2T3 GND888VdsIdsTime动态导通电阻动态导通电阻(RDS ON)4测量动态导测量动态导通电阻通电阻开关电源及

38、其测量问题开关电源及其测量问题开关损耗开关损耗导通电阻导通电阻SOA调制分析调制分析40KHzCLOCKLNGDSG铁心损耗铁心损耗B-H 曲线分析曲线分析有功功率有功功率视在功率视在功率功率功率 因数因数电流谐波电流谐波总谐波失总谐波失真真(THD)电感（变压器）电感（变压器）4电感的作用：0储能，0传输能量0改善电磁兼容特性4损耗：0开关电源全部损耗的15基本的电磁理论基本的电磁理论V(t)电压B(t)通量密度，(t)通量H(t)磁场强度，F(t)磁势i(t)电流磁心特性法拉第定律安培定律磁与电：基本关系磁与电：基本关系基本测量单位及其转换基本测量单位及其转换磁心的类型磁心的类型气隙气隙磁

39、损耗：磁滞损耗磁损耗：磁滞损耗（Hysteresis，铁损），铁损）与频率成正比磁损耗：涡流损耗磁损耗：涡流损耗磁损耗：铜损磁损耗：铜损4A A：电感导线截面积：电感导线截面积4：电导率：电导率4L L：电感导线长度：电感导线长度磁性材料磁性材料BH曲线曲线4磁芯为磁性材料的情形磁芯为磁性材料的情形4磁芯为空气的情形磁芯为空气的情形磁性元件（变压器，电感）的测量磁性元件（变压器，电感）的测量4电感电感4损耗损耗 4磁性元件工作状态（磁性元件工作状态（B-HB-H曲线）曲线）0饱和磁通（饱和磁通（Saturation Flux Saturation Flux）0剩余磁通量（剩余磁通量（Remna

40、nt FluxRemnant Flux）0矫顽力（矫顽力（Coercive forceCoercive force）0磁导率（磁导率（PermeabilityPermeability）开关电源中的磁性元件开关电源中的磁性元件 4电感电感0单绕组单绕组0多绕组多绕组4应用：储存能量应用：储存能量4变压器变压器0单初级，多次级单初级，多次级0应用：传输能量应用：传输能量 多绕组电感多绕组电感开关电源中的磁性元件开关电源中的磁性元件4对于开关电源系统的影响对于开关电源系统的影响0大的损耗大的损耗0高压浪涌高压浪涌4要求大扼流圈和滤波器要求大扼流圈和滤波器0不同输出之间互调不同输出之间互调 0 占空比

41、范围受到限制占空比范围受到限制不同电感处于不同电感处于B-H曲线不同工作区曲线不同工作区磁性元件的测量磁性元件的测量4磁特性磁特性0峰值磁通量密度峰值磁通量密度(Bpeak)4磁通量反向单位截面积磁磁通量反向单位截面积磁通量密度通量密度 4测量磁通量密度的饱和测量磁通量密度的饱和4高斯高斯/平方厘米（平方厘米（cgs)4韦伯韦伯/平方米平方米 或者特斯拉或者特斯拉Tesla（SI）Bpeak剩磁剩磁4剩磁剩磁(Br)0加入的磁力消失后，磁性电路中加入的磁力消失后，磁性电路中剩余的磁感应剩余的磁感应 0是磁滞回曲线中磁力是磁滞回曲线中磁力H为零，穿为零，穿过过B轴的点轴的点0如果磁心中有气隙，剩

42、磁会小于如果磁心中有气隙，剩磁会小于Br Br矫顽力矫顽力4矫顽力（矫顽力（Hc）0是磁性元件中的消磁力，降低是磁性元件中的消磁力，降低进入磁饱和态后的磁感应进入磁饱和态后的磁感应B 0单位：单位：Oe（Oersted，每米安，每米安培匝数）培匝数）Hc磁导率磁导率4是每单位体积磁性材料，在单位磁场下可以产生的磁通量。是每单位体积磁性材料，在单位磁场下可以产生的磁通量。磁导率类似电学中导体的电导率概念。磁导率类似电学中导体的电导率概念。r=B/H电感电感/变压器的测试变压器的测试 4电感电感/变压器变压器0铁心损耗铁心损耗0在线电感值在线电感值0B-H曲线分析曲线分析TimeIcoreVCor

43、eMeasurementChallenge铁心损耗铁心损耗&B-H 曲线分析曲线分析4为提高性能而设计的磁性元为提高性能而设计的磁性元件可能带来功率损耗件可能带来功率损耗4了解这些元件的限制对于电了解这些元件的限制对于电源系统安全工作非常重要源系统安全工作非常重要4以前的测量仪器还不能解决以前的测量仪器还不能解决这些问题这些问题测量铁心损耗和在线电感值测量铁心损耗和在线电感值4磁性元件的铁磁性元件的铁心损耗心损耗4计算电感值计算电感值B-H 曲线分析曲线分析4分析磁滞回曲线分析磁滞回曲线4将曲线上的点与相应将曲线上的点与相应时域波形分析时域波形分析磁性元件测量的设置磁性元件测量的设置4测量类型

44、测量类型4参考电平参考电平4物理特性物理特性4绕组绕组4磁路长度磁路长度4匝数匝数4导线截面积导线截面积可以从磁性元件的说明书或者设计手册上查到这些数据可以从磁性元件的说明书或者设计手册上查到这些数据 磁性元件物理特性磁性元件物理特性如何得到磁性元件的参数说明书如何得到磁性元件的参数说明书4测量电感两端测量电感两端电压波形电压波形4测量电感流过测量电感流过的电流波形的电流波形0电流探头极电流探头极性应该与流性应该与流过电流的极过电流的极性对应性对应 4在在TDSPWR3中输入磁路径中输入磁路径长度，匝数和长度，匝数和磁面积磁面积 4进行测量进行测量测量单绕组电感的特性测量单绕组电感的特性Mag

45、netic Property measurement at coupled inductor4Measure voltage across any one the inductor winding4Measure current through each of the the winding 0Current probe should in the direction of the current flow4Input Physical parameter of inductor 4Run magnetic property measurement 测量变压器磁特性测量变压器磁特性磁性元件的功

46、率损耗磁性元件的功率损耗4总损耗总损耗0铁心损耗：曲线的面积铁心损耗：曲线的面积0涡流电流损耗：磁阻导致的损耗涡流电流损耗：磁阻导致的损耗0铜损：绕组电阻导致的损耗铜损：绕组电阻导致的损耗 4TDSPWR3 能够测量总损耗能够测量总损耗4Capture voltage across the inductor4Capture current across the inductor4Run magnetic loss(Without gating ON)measurement 0Integral number of cycles can be identified4Run magnetic los

47、s(With gating On)measurement0Integral number of cycles can not be identified4e.g.When SMPS is switching between DCM to CCM or vice versa0DCM&CCM are current flow technique through the magnetic component to reduce ripple current4e.g.In case active PFC SMPSMagnetic Loss Measurement in a single winding

48、 Inductor单绕组电感的损耗测试单绕组电感的损耗测试4在初级测量损耗在初级测量损耗4测量每一次级的损耗测量每一次级的损耗4在恒定负载状态进行测量在恒定负载状态进行测量 变压器的损耗 初级损耗所有刺激损耗 变压器的损耗测量变压器的损耗测量测量电感测量电感BH曲线测量实例曲线测量实例Control Loop Analysis4In APFC,line current should be in phase with the line voltage.0To achieve this,the power MOSFET turns on for a minimal period when the

49、line voltage is at its peak and turned on for its maximum period when the line voltage is zero.4Modulation analysis capability of TDSPWR3 can plot the variation in the duty cycle,period variation,and frequency variation and pulse width according to time.Result of Modulation Analysis4Yellow Trace 0Line Voltage4Blue Trace0Line Current4Pink Trace0Gate Control Signal4White Trace0Control Signal Pulse WidthControl Loop Response4Control Loop response during Power-on time of a SMPS