工程師分享開關(guān)電源測試測量經(jīng)驗(yàn)

來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：秩名2015年05月18日 11:25

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[導(dǎo)讀] 本文討論的內(nèi)容為PWM開關(guān)電源，而且僅僅是作為測試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，為大家簡述容易引起系統(tǒng)失效的一些因素。因此，在閱讀本文之前，已經(jīng)假定您對于開關(guān)電源有一定的了解。

關(guān)鍵詞：電源管理開關(guān)電源測試測量

　　電子器件的電源測量通常情況是指開關(guān)電源的測量（當(dāng)然還有線性電源）。講述開關(guān)電源的資料非常多，本文討論的內(nèi)容為PWM開關(guān)電源，而且僅僅是作為測試經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，為大家簡述容易引起系統(tǒng)失效的一些因素。因此，在閱讀本文之前，已經(jīng)假定您對于開關(guān)電源有一定的了解。

　　開關(guān)電源簡述

　　開關(guān)電源（Switching Mode Power Supply，常常簡化為SMPS），是一種高頻電能轉(zhuǎn)換裝置。其功能是將電壓透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。開關(guān)電源的拓?fù)渲搁_關(guān)電源電路的構(gòu)成形式。一般是根據(jù)輸出地線與輸入地線有無電氣隔離，分為隔離及非隔離變換器。非隔離即輸入端與輸出端相通，沒有隔離措施，常見的DC/DC變換器大多是這種類型。所謂隔離是指輸入端與輸出端在電路上不是直接聯(lián)通的，使用隔離變壓器通過電磁變換方式進(jìn)行能量傳遞，輸入端和輸出端之間是完全電氣隔離的。對于開關(guān)變換器來說，只有三種基本拓?fù)湫问剑矗?Buck（降壓）、Boost（升壓）、 Buck-Boost（升降壓）三種基本拓?fù)湫问剑请姼械倪B接方式?jīng)Q定。若電感放置于輸出端，則為Buck拓?fù)?電感放置于輸入端，則是Boost拓?fù)洹．?dāng)電感連接到地時(shí)，就是Buck-Boost拓?fù)洹?/p>

　　容易引發(fā)系統(tǒng)失效的關(guān)鍵參數(shù)測試

　　以下的測試項(xiàng)目除了是指在靜態(tài)負(fù)載的情況下測試的結(jié)果，只有噪聲（noise）測試需要用到動(dòng)態(tài)負(fù)載。

　　Phase點(diǎn)的jitter

　　對于典型的PWM開關(guān)電源，如果phase點(diǎn)jitter太大，通常系統(tǒng)會(huì)不穩(wěn)定（和后面提到的相位裕量相關(guān)），對于200~500K的PWM開關(guān)電源，典型的jitter值應(yīng)該在1ns以下。

　　Phase點(diǎn)的塌陷

　　有時(shí)候工程師測量到下面的波形，這是典型的電感飽和的現(xiàn)象。對于經(jīng)驗(yàn)不夠豐富的工程師，往往會(huì)忽略掉。電感飽和會(huì)讓電感值急劇下降，類似于短路了，這樣會(huì)造成電流的急劇增加，MOS管往往會(huì)因?yàn)闇囟鹊募眲≡黾佣鵁龤А＿@時(shí)需要更換飽和電流更大的電感。

　　Shoot through測試

　　測試的目的是看上MOS管導(dǎo)通時(shí)，有沒有同時(shí)把下管打開，從而導(dǎo)致電源直接導(dǎo)通到地而引起短路。如圖三所示藍(lán)色曲線（Vgs_Lmos）就是下管在上管導(dǎo)通的同時(shí)，被帶了起來，如果藍(lán)色曲線的被帶起來的尖峰超過了MOS管的Vth要求，同時(shí)持續(xù)時(shí)間（Duration）也超過了datasheet要求，從而就會(huì)有同時(shí)導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這是大家最常見到的情況。

　　下面這種情況有非常多的人會(huì)忽視，甚至是一些比較有經(jīng)驗(yàn)的電源測試工程師。下面組圖四是下管打開，上管關(guān)閉時(shí)候的波形（圖4-1是示意圖，圖4-2示實(shí)際測試圖）。雖然沒有被同時(shí)帶起的情況，但是請注意上下管有交叉的現(xiàn)象，而且交叉點(diǎn)的電平遠(yuǎn)高于MOS管規(guī)定的Vth值，這是個(gè)嚴(yán)重的shoot through現(xiàn)象。最直接的后果就是MOS管燒毀！

　　相位裕量和帶寬 （phase margin and bandwidth）

　　相位裕量和帶寬是很多公司都沒有測試的項(xiàng)目（尤其是規(guī)模較小的公司受限于儀器），但是這卻是個(gè)非常重要的測試項(xiàng)目。電源系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是否能長時(shí)間（3年或以上）有效工作，相位裕量和帶寬可以在很大程度上說起了決定性的作用。很多公司完全依賴于電源芯片廠家給的參考設(shè)計(jì)方案里的推薦值，但是跟你的設(shè)計(jì)往往有不小的差異，這樣會(huì)有很大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　如果系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，反映在一些電源測試項(xiàng)目里面，會(huì)看到以下幾個(gè)主要問題。

　　● 電源的Noise測試通過，但是電源依然不穩(wěn)定。表現(xiàn)為功能測試fail。常常有工程師在debug時(shí)說我的電源noise已經(jīng)很小了，加了很多電容了，為啥還是跑不動(dòng)呢？其實(shí)是他的閉環(huán)系統(tǒng)本來就不穩(wěn)定。

　　● Phase點(diǎn)jitter過大。這是比較典型的不穩(wěn)定現(xiàn)象。

　　● 瞬態(tài)響應(yīng)（Transient response）太大。最笨的辦法就是加很多電容，去滿足瞬態(tài)響應(yīng)的要求。對于低成本產(chǎn)品，這可是要錢的啊。

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本文導(dǎo)航

• 第 1 頁：工程師分享開關(guān)電源測試測量經(jīng)驗(yàn)

• 第 2 頁：電源紋波和噪聲

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