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鼎阳示波器在直流电源测试上的应用

2012-10-18 10:06:07 4813 示波器电源测试

直流电源是一种将交流电源转换成所需直流V/A/W规格的装置。一个良好的电源必须可靠、符合所有功能规格、保护特性、安全规范及电磁兼容能力等。本文主要讨论电源的功能规格及保护特性的测试。
  一、电源的功能测试
   1．输出电压调整
   制造开关电源时，第一个测试步骤为将输出电压调整至规格范围内。此步骤完成后才能确保后续的规格能够符合。
   通常，做输出电压调整时，将输入交流电压设定为正常值(115Vac或230Vac)，并且将输出电流设定为正常值或满载电流，然后用数字电压表测量电源的输出电压值并调整其电位器(VR)直到电压读数在要求范围内。
  　　2．电源调整率
   电源调整率的定义为电源在输入电压变化时提供稳定输出电压的能力。为精确测量电源调整率，需要下列的设备：
  　　A．能提供可变电压能力的电源，至少能提供待测电源的最低到最高的输入电压范围。
  　　B．一个均方根值交流电压表用来测量输入电源电压。
  　　C．一个精密直流电压表，具备至少高于待测物调整率十倍以上。
  　　D．连接到待测电源输出端的可变负载。
  　　测试步骤如下，待测电源在正常输入电压和负载情况下热机稳定后，分别于Min（低）Nomal(通常)，和Max(高)输入电压下测量并记录其输出电压值。电源调整率通常在一正常之固定负载(Nommal Load)下，看具输入电压变化所造成电源输出电压偏差率(deviation)的百分比。
   3．负载调整率
   负载调整率的定义为电源在输出负载电流变化时，其提供稳定输出电压的能力。　　所需的设备和连接方式与测电源调整率相似，唯一不同的是需要精密的电流表和与待测电源的输出串联。
  　　测试步骤如下：待测电源在正常输入电压及负载情况下热机稳定后，测量正常负载下的输出电压值，再分别于低(Min)、高(Max)负载下，测量并记录其输出电压值(分别为Vmax与Vmin)。负载调整率通常以正常的固定输入电压下，由负载电流变化所造成电源输出电压偏差率的百分比。
  　4．综合调整率
  　　综合调整率的定义为电源在输入电压与输出负载电流变化时，其提供稳定输出电压的能力。这是电源调整率与负载调整率的综合，此项测试可提供对电源在改变输入电压与负载状况下更正确的性能验证。
  　　5．输出杂音（PARD）
  　　输出杂音（PARD）则是指在输入电压与输出负载电流均不变的情况下，电源平均直流输出电压上的周期性与随机性偏差量的电压值。通常以mVp-p峰对峰值电压来表示，一般的开关电源的规格均以小于输出直流输出电压的1%为输出杂音的规格，其频宽为20Hz到50Hz。例如5V输出，其输出杂音要求为50mV以内。
  输出杂音是表示在经过稳压及滤波后的直流输出电压上所有不需要的交流及杂音部分。　　在测量输出杂音时，电予负载必须具备比待测电源更低的PARD值，同时测量电路必须有良好的隔离处理及阻抗匹配，为避免导线上产生不必要的振铃和驻波，一般都采用双同轴电缆并以50Ω串在其端点上。
   6．输入功率与效率
   电源的输入功率即一周期内电源输入电压与电流乘积的积分值，需注意的是Watt≠Vrms而是Watt=Vrms×P.F.其中R.E.为功率因数(Power Factor)，通常电源的功率因数在0.6-0.7左右，而大功率的电源具备功率因数校正器，其功率因数通常大于0.95，当输入电流波形与电压波形完全相同时，功率因数为1，并依电流与电压的波形不相同的程度，其功率因数为14之间。
  　　输出直流功率的总和与输入功率的比例。通常计算机用电源的效率为60~70%左右。效率可提供对电源正确工作的验证，若效率超过规定范围，即表示设计或零件材料上有问题出现，效率太低时，会导致散热增加而影响电源使用寿命。
  　　测试时可使用4010/4011来测量待测电源的输入功率与功率因数；使用3310/3320系列负载模拟并测量其每个输出电压、电流与功率经汁算后便可得到效率。当使用3600A时，能够测量输入及输出功率并自动计算出效率，并可设定上下限，做为合格与否的判别。
  　　7．动态负载或暂态负载
  　　一个定电压输出的电源，在设计中应具备反馈回路，能够将其输出电压连续不断地维持稳定的输出电压。由于实际上反馈回路有一定的频宽，因此限制了电源对负载电流变化时的反应。若反馈回路输入与输出的相移在增益(UNITYGAIN)为1时超过180度，电源便会呈现不稳定、失控及振荡现象。
   实际工作时的负载电流也是动态变化的而不是始终维持不变(例如硬盘、软驱、CPU或RAM动作等)，因此动态负载测试对电源而言是极为重要的。电子负载可用来模拟电源实现工作时的最恶劣的负载情况，如负载电流迅速上升、下降的斜率、周期等。若电源在恶劣负载状况下，仍能够维持稳定的输出电压不产生过高(OVERSHOOT)或过低(UNDERSHOOT)情形，则通过此项测试。
  　　8．电源良好/失效信号
  　　电源良好信号，简称PGS（POWERGOOD SIGNAL），是电源送往计算机系统的信号，当电源输出电压稳定后，通知计算机系统，以便做开机程序。而电源失效信号（POWER FAIL）是电源表示输出电压尚未达到或下降超过某一正常工作情况。以上通常由PGS信号来表示，由逻辑的改变来表示，逻辑为“1”或“High”时表示电源良好(Power Good)，而逻辑为“0”或“Low”时，表示为电源失效(Power Fail)。
  　　电源的电源良好时间为从输出电压稳定到PGS信号由“0”变为“1”的时间，一般值为100ms到200ms之间，电源的电源失效时间为从PUS信号由“1”变为“0”时到输出电压低于稳定范围的时间，一般值为1ms以上。
   9．启动时间(SET-UPTIME)与保持时间(HOLD-UP TIME)
   启动时间为电源从输入接上电源起到电源输出电压；上升到稳压范围内为止的时间，以一输出为5V的电源为例，启动时间为从开机起到输出电压达到4.75V为止的时间。
  　　保持时间为电源从输入切断电源起到电源输出电压下降到稳压范围外为止的时间，以一输出为5V的电源为例，保持时间为从关机起到输出电压低于4.75万V为止的时间，一般值为17ms以上。
  二、电源的保护测试
  　　 1．过电压保护（OVP）测试
  　　当电源的输出电压超过其最大的限定电压时，电源会将其输出关闭（SHUTDOWN），称为过电压保护。
  　　过电压保护测试用来验证电源在出现上述异常情况时，能否正确地反应。过电压保护功能对于一些对电压敏感的负载特别重要，如CPU、存储器、逻辑电路等，因为这些贵重元件若因工作电压太高，超过其额定值时，会导致永久性的损坏，因而损失惨重。
  　　2．过电流保护(OCP)测试
  　　当电源的输出电流超过额定值时，则电源应该限制其输出电流或关闭其输出，以避免负载电流过大而损坏。如果电源的内部零件损坏而造成较正常值大的负载电流时，则电源也应该关闭其输出，以避免损坏。
  　　过电流保护测试是验证当上述任一种情况发生时电源能否正确地反应。输出过电流情况，测试时，负载电流可以预先设定。负载电流值开始上升，直到电源的输出电压低于所设定的临界电压值为止。
  　　3．短路保护测试
  　　当电源的输出短路时，则电源应该限制其输出电流或关闭其输出，以避免损坏，短路保护测试是验证输出短路时，直流电源能否正确地反应。

电源常规测试所需要的主要设备有数字示波器、频谱分析仪、电子负载、功率计、交流电源、万用表，电流探头，高阻探头等

数字示波器和万用表部分：推荐鼎阳SHS1000系列全隔离示波表。
电流探头可选配鼎阳CP401电流探头：采用电磁感应技术测量AC/DC电流，测量的范围可从几毫安到100安培。拥有低相位差的优点，能够有效的保证测量功率的精准电压的输出（mV）。
频谱分析仪：鼎阳SSA3030频谱分析仪采用全数字中频技术设计，实现了优异的线性度和精度，拥有低至5Hz的带宽分辨率，多达5条的迹线测量显示。具有丰富的参数测量种类，多样化的通讯接口和8.4英寸的LED大屏幕显示。在加强产品各项性能的同时，也添了丰富的人性化设置，是SIGLENT继示波器、信号源成功推出后，为广大电子工程师打造的又一工作利器。
选配鼎阳DPB450高阻探头：1、分离式设计2、4段衰减开关，更加方便选择3、高电压测量，最大测量电压达6500Vpp4、54MΩ超高输入阻抗5、配电源适配器

测试相关设备清单表：

测试设备测试项目	数字示波器 SHS1000	电子负载	功率计	交流电源	万用表 SHS1000	电流探头 CP401	频谱仪 SSA3030
1、功率因素和效率测试		√	√	√	√
2、能效测试		√	√	√
3、输入电流测试		√	√	√		√
4、浪涌电流测试	√	√		√		√
5、电压调整率测试		√		√	√
6、负载调整率测试		√		√	√
7、输入缓慢变动测试		√	√	√
8、纹波及噪声测试	√	√		√			√
9、上升时间测试	√	√		√
10、下降时间测试	√	√		√
11、开机延迟时间测试	√	√		√
12、关机维持时间测试	√	√		√
13、输出过冲幅度测试	√	√		√
14、输出暂态响应测试	√	√		√
15、过流保护测试	√	√		√
16、短路保护测试	√	√		√
17、过压保护测试	√	√		√
18、重轻载变化测试	√	√		√
19、输入电压变动测试	√	√		√
20、电源开关循环测试	√	√		√
21、元件温升测试/		√		√	√
22、高温操作测试		√	√	√	√
23、高温高湿储存测试		√	√	√	√
24、低温操作测试		√	√	√	√
25、低温储存测试		√	√	√	√
26、低温启动测试		√	√	√	√
27、温度循环测试		√	√	√	√
28、冷热冲击测试		√	√	√	√
29、绝缘耐压测试		√	√	√	√
30、跌落测试		√	√	√	√
31、绝缘阻抗测试		√	√	√	√
32、额定电压输出电流测试		√		√