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Page.1.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子新一代电源系统分析与测试方案姚付琦深圳金凯博电子有限公司Page.2.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子开关电源(SMPS)技术的发展趋势效率越来越高–功率密度越来越高瞬时负荷低电压,高电流宽带供电技术符合EN61000-3-4A14标准Page.3.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子开关电源设计中的挑战提升开关电源效率降低开关损耗最大限度地降低磁性器件的功率损耗需要更快的控制环路响应提高开关电源系统可靠性海量数据分析符合宽带技术标准需要简便易用、可靠的工具,定位问题Page.4.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子测试工具如何帮助您提升开关电源系统效率Page.5.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子开关电源及其测量问题开关损耗导通电阻SOA调制分析40KHzCLOCKLNGDSG铁心损耗B-H曲线分析有功功率视在功率功率因数电流谐波总谐波失真(THD)Page.6.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子输入电路部分40KHzCLOCKLNGDSG有功功率视在功率功率因数电流谐波总谐波失真(THD)Page.7.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子市电输入整流滤波电路的测量问题视在功率(ApparentPower)有功功率(TruePower)功率因数(PowerFactor)波峰因数(CrestFactor)总谐波失真(TotalHarmonicDistortion)电磁兼容问题,按照EN61000-3-2进行一致性测试Page.8.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子功率定义--综述有多少种功率定义?IEEE技术词典中列出了十多种不同的功率定义两种最常用的功率类型»视在功率»平均功率(亦称真值功率、有功功率)其他的功率»无功功率»谐波功率»瞬时功率Page.9.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子功率定义--视在功率数学定义:Papp=Urms*IrmsUrms是电压的有效值,Irms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,即可计算出视在功率,单位用VA表示。Page.10.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子功率定义--平均功率(一)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数学定义:对于正弦交流电路Pavg=Urms*Irms*Cos(U,I)Urms是电压的有效值,Irms是电流的有效值,Cos(U,I)是正弦交流电压与电流的相位角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In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n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TDS3000B示波器的数学运算功能的原因。nInUn*Page.11.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子功率定义--平均功率(二)另一个平均功率的定义是等效直流电阻中的“热能”的定义,这是个更容易理解的概念P=I*I*R平均功率的重要性: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。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率测量。Page.12.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子功率因数有功功率=Urms*Irms*Cos(U,I)视在功率有功功率功率因数)=(pFpF(功率因数)视在功率Page.13.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子波峰因数(CrestFactor)被测波形峰值与该波形的均方根值之比。纯正弦波的峰值系数是1.414()也称为峰值因数(PeakFactor)2峰值均方根值(波峰因数)=CFPage.14.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子PFC-有源功率因数校正电路的作用Page.15.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子电流模式的有源功率因数校正电路(APFC)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在输入90-260V输入电压范围内,输出稳定在400VDC功率因数可以达到0.95to0.99Page.16.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子电磁兼容问题辐射标准高频辐射标准低频辐射标准电流谐波标准EN61000-3-2Page.17.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子谐波:谐波定义----非线性负载非线性负载什么是非线性负载:当加入正弦电压产生非正弦电流非线性负载的类型»电感----由于饱和的影响»SCR可控硅控制电路»AC/DC电路»…………非线性负载的影响»热损耗»输入电压波形畸变»高频谐振Page.18.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子谐波:谐波定义----谐波的数学计算对任一信号,可以进行FFT运算,进行以下分解:A(t)=A0+A1sin(t+1)+A2sin(2t+2)+A3sin(3t+3)+……,2,3……:谐波频率A0:直流分量A1:基波A2,A3,……:谐波所以,谐波分析的本质在于FFT功能分析的内容谐波频谱各次谐波的含量谐波失真度Page.19.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子谐波:谐波测例---输入电压谐波分析通过TDS3000B/DPO4000的快速傅立叶分析功能,可以很容易地将所需要分析的频谱、谐波含量、失真度读出。TDS3000B/DPO4000的FFT测量功能Page.20.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子可以看出,由于波形的对称性,频谱分析的记过主要是奇次谐波的成分由于FFT的分析频率范围是采样率的一半决定的,而分析的步长解析度又是采样率和内存共同决定的,所以,选择合适的采样率成为FFT运算的关键因素。TDS3000B最高到5G/s.谐波:谐波测例---输入电流谐波分析TDS3000B的FFT测量功能Page.21.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子输入电路部分功率测量LNGVN:中线(Neutral)电压测试点VL:相线(Line)电压测试点Iin:输入电流测试点Page.22.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子输入电路部分功率测量----满载有效功率Page.23.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子输入电路部分功率测量为了得到视在功率,我们将测量到的有效值相乘,得到视在功率=215.2V*151.7mA=32.6W为了得到有效功率,我们使用DPO4000的数学运算(Math)按钮,对电压和电流的波形“逐点”相乘,得到有效功率=17.7W。注意,这里使用的是相乘后的“平均值(Mean)”而不是“有效值(RMS)”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。这样,我们很容易的得到该设备的功率PF=17.7W/32.6W=0.54,从而为设计功率校正电路PFC提供数据。对三相电路的功率测量---单路法(适用平衡负载)通过一台DPO4000示波器,测量出平衡负载的一相的RMS电压和RMS电流,乘上1.732即可的到三相的全部功率对三相电路的功率测量---双功率计法不同于“双功率计”法的名称,实际测量中只需要一台DPO4000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B相,然后测量B相同A相和C相的电压差以及A相和C相的电流。Wtotal=W1+W2需要注意的问题:电压探头的接地和电流探头的方向Page.24.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子输入电路部分功率测量----半载Page.25.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子输入电路部分功率测量----空载Page.26.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子导致SMPS效率低下的主要因素开关器件的功率损耗开关损耗传导损耗磁性器件的功率损耗铁芯损耗近场效应损耗线圈损耗漩涡电流损耗Page.27.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子开关损耗VdsIdsPdsT1T2T3T4时间Ton损耗Toff损耗传导损耗Ton损耗开关器件的功率损耗:T1到T2总平均损耗开关器件的功率损耗:T1到T4Toff损耗开关器件的功率损耗:T3到T4Page.28.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子开关损耗和总平均损耗的测量需求动态范围:同时测量几百伏到几百毫伏的电压消除电压探头和电流探头引起的时间偏移差分探头和电流探头固有的噪声SMPS的工作模式识别真实开关转换Page.29.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子测量开关损耗和总平均损耗开关器件的典型开关电压差分信号特点如下~1V~500VAC/DCSMPS的开关电压~100’smV~50VDC/DCSMPS的开关电压Page.30.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子动态导通电阻(RDSON)–在导通态开关管RDSon=Vds/IdsVds/IdsGNDGNDRDSONT2T3GND888VdsIdsTimePage.31.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子TimeDPO4000继续提供泰克独有的强大静态时间偏移校正功能(+/-100ns)支持所有泰克探头电压信号和电流信号之间的时间偏移开关器件的测量挑战电压探头和电流探头引起的时间偏移Page.32.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子设置差分电压探头和电流探头差分探头为预热和稳定提供充足的时间把两个差分输入连接到同一个测试点上在示波器进行‘平均’测量按照信号平均值零点调节DC平衡电流探头为预热和稳定提供充足的时间对电流探头消磁在示波器进行‘平均’测量按照信号平均值零点调节DC平衡Page.33.专业、领先的引领您进入电子测试新领域金凯博电子SMPS工作模式对总平均损耗的影响总平均损耗的测量精度取决于脉宽变化SMPS拓扑SMPS的开机时间SMPS的负荷变化状态为精确测量开关损耗和总平均损耗,必需捕获整个事件Page.3
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