SMPS设备还有一个控制部分,包括脉宽调节器脉频调节器和反馈环1。控制部分可能有自己的电源。图1是简化的SMPS示意图,显示了电能转换部分,包括有源设备、无源设备和磁性元件。
SMPS技术采用金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等功率半导体开关设备。这些设备开关时间短,能够承受不稳定的电压峰值。同样重要的是,它们消耗的能量很少,效率高,热量低。开关设备在很大程度上决定了SMPS的整体性能。开关设备的主要测量包括:开关损耗、平均功率损耗、安全工作区域等。
准备好测量电源。
在准备测量开关电源时,必须选择合适的工具,并设置这些工具,以便它们能够准确、可重复地工作。当然,示波器必须具有基本的带宽和采样速率,以适应SMPS的开关频率。电源测量至少需要两个通道,一个用于电压,另一个用于电流。有些设施也很重要,它们可以使电源测量更容易、更可靠。以下是需要考虑的部分:
开关器件的开启和断开电压能在同一次采集中处理吗?这些信号的比例可能达到10000:1。
电压探头和电流探头是否可靠、准确?有没有有效的方法来纠正它们的不同延迟?
探头的静态噪声有没有有效的降低方法?
仪器能配备足够的记录长度,以较高的采样速度捕获较长的完整工频波形吗?
这些特性是进行有意义、有效电源设计测量的基础。
测量一次采集的100伏和100毫伏电压。
为了测量开关器件的开关损耗和平均功率损耗,示波器必须分别确定开关器件断开时的电压。
在最高输入电压下,开关器件上的断开状态电压(TP1和TP2之间)可能高达750V。在开启状态下,同一端子之间的电压可能在几毫伏到一伏左右。图3显示了开关器件的典型信号特性。
测试开关电源。
图3.开关设备的典型信号。
为了准确测量开关器件的电源,必须首先测量断开和开启电压。然而,典型的8位数字示波器的动态范围不足以准确地收集开启期间的毫伏信号和断开期间的高电压。为了捕获信号,示波器的垂直范围应设置为每分100伏。在此设置下,示波器可以接受高达1000V的电压,以便在不使示波器过载的情况下收集700V的信号。使用该设置的问题是,最大灵敏度(可分析的最小信号范围)变为1000/256,即约4V。
泰克DPOPWR软件解决了这个问题,用户可以在设备技术数据中RDSON或VCEsat值输入图4所示的测量菜单中。如果测量电压在示波器的灵敏度范围内,DPOPWR也可以用采集的数据计算,而不是手动输入值。
图4.DPOPWR输入页面允许用户输入RDSON和VCEsat的技术数据值。