电源测试大全三白盒测试.docx
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电源测试大全三白盒测试
电源测试大全(三):
白盒测试-全文
来源:
互联网 作者:
秩名2014年03月05日10:
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[导读] 本文将详细介绍电源测试中的白盒测试,包括辅助电源测试、驱动电路的测试、功率半导体器件的应力测试、磁性器件的测试、DC/DC反馈环测试、PFC性能测试等
关键词:
白盒测试电源测试
1辅助电源测试
测试说明:
电源中辅助电源有重要意义,电源模块的正常工作靠辅助电源来保障,辅助电源工作要比主电路要求更可靠,因为即使在输入电压超限的条件下,辅助电源还要正常工作,以实现正常的保护逻辑,而且功率器件的驱动,控制芯片的工作都要靠辅助电源来保障,因此,对辅助电源的要求是:
无论在动态的情况下还是在静态的情况下,必须稳定可靠,输出电压稳定,以满足控制和通讯电路的要求。
测试工作中要充分关注辅助电源。
测试方法:
辅助电源要关注以下几个问题:
A、启动电阻设计是否合理,限流电阻(辅助电源的输入与高压直流母线排串联的电阻)设计是否合理;
B、静态的情况下,辅助电源的电压是否在全电压、负载内;
C、大动态的情况下,辅助电源是否正常;
D、启动过程中输出电压是否出现过冲,384XIsence端及驱动波形是否异常;
E、输出电压波形监测;
F、开关管的电应力测试;
G、辅助电源的温度应力测试;
H、芯片的工作主要参数,如工作电压、功耗等。
针对这些问题,需要测试相应项目:
A、启动电阻和限流电阻测试
启动电阻的功率降额必须满足设计要求,计算功率的公式为:
P=(Bmax-V1)/R,其中Vmax为辅助电源在各种情况下最大的输入电压,V1为辅助电源控制芯片(UC384X)正常工作电压,计算出来的功率不能超过选用的启动电阻的功率,同时启动电阻的温升必须满足降额要求。
在最高的环境温度、辅助电源最高的输入电压Vmax下,正常工作时,启动电阻的最高温度(温度稳定以后)不超过120oC(15oC的降额,135oC-15oC=120oC),如果在常温下测试,测试温升需要转换到最高工作环境温度。
限流电阻的功率也要满足降额的要求,用示波器测试正常情况下,满载开机,满载关机情况下电阻两端的电压波形,通过电压波形,测试出电阻两端的电源有效值,根据有效值计算电阻的功率,要求功率在开机和关机以及正常情况下要满足降额要求。
B、静态的情况下,输出电压范围测试
测试模块输入电压分别为Vinmin,Vinnom,Vinmax和输出Iomin,Ionom、Iomax,输出限流点,输出深度限流状态下的辅助电源每一路输出电压,要求每一路输出电压在每一种情况下都保持稳定,而且能够满足控制回路和通讯回路的可靠工作要求(注意:
Vinmin为辅助电源刚刚开始工作的电压,Vinmax为模块输入过压保护后的电压,过压保护和欠压保护以后,模块都能正常工作)。
C、动态的情况下,辅助电源输出电压范围:
用ACSOURCE调节模块的输入电压和输出负载同时跳变(输入电压在最高电压和最低输入电压之间跳变,跳变时间为50ms,输出从空载到满载跳变,跳变时间为5ms,tr和tf设置为20us对应1A),在这种情况下,测试辅助电源各路输出电压,要求每一路输出电压都能保持稳定,而且能够满足控制回路和通讯回路的可靠工作要求。
D、关键点波形测试:
分别在输入过压点-5V、欠压点+5V启动时测试输出电压波形,3844Isence端及开关管驱动波形,监测是否出现输出电压过冲、开关管过流及开关管驱动端波形异常等情况。
同时在各种动态的情况下(包括输入动态,输出动态的情况下),各个关键点的波形测试。
E、输出电压纹波测试:
输出额定线形负载情况下,用测试电压纹波的方法测试输出电压波形,其纹波P-P值应小于5%输出电压。
判断标准:
以上测试项目作为检测辅助电源性能的测试。
启动电阻温升正常,未出现开关管电流及驱动波形异常,在工作范围内辅助电源电压正常,在异常电压输入范围辅助电源正常(在电源能够实现保护的范围内正常),合格;否则不合格。
2驱动电路的测试
测试说明:
功率器件的驱动技术是电源可靠性的重要保障,好的驱动方式能够实现有效的开通和关断,高效率,低的EMI干扰,快速实现功率器件的保护等功能,测试中应对功率管驱动进行测试,为了防止由于探头引起的影响,测试中用应采用差分隔离探头(或采用一般的探头,同时示波器的电源用隔离变压器隔离),并注意以下问题:
A、驱动电路分析;
B、驱动电压;
C、驱动波形;
D、瞬态情况下驱动波形;
F、驱动芯片的电压,如起机过程中的芯片供电电压等。
测试方法:
(1)驱动电路分析
审核驱动电路方式,无论变压器隔离驱动和集成IC驱动,驱动电阻应满足推荐要求,如果采用加速电容或快速关断方式时应评估其作用,负压关断时应确认其影响,一般情况下GS应有稳压管,分析驱动电路,确认电路设计合理性。
(2)驱动电压
目前,公司的大部分的开关管都是使用MOSFET或IGBT,MOSFET和IGBT的驱动都是使用电压方式,高的驱动电压会击穿栅极,测试在空载、半载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流跳变、空载到深度限流跳变(所有的负载跳变条件为:
跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路及输入电压为最低、额定、最高,从最高电压到最低电压跳变(跳变时间为50ms)条件下的驱动波形,要保证驱动电压低于规定电压,一般峰值应小于20V,同时注意驱动电压要满足饱和驱动。
(3)驱动波形
测试在空载、轻载、半载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流跳变、空载到深度限流跳变(所有的负载跳变条件为:
跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路及输入电压为最低、额定、最高,从最高电压到最低电压跳变(跳变时间为50ms)条件下的驱动波形,波形的上升和下降沿应平滑,且满足效率和EMI要求(上升时间较快,管子的开通损坏小,但是电压尖锋较高,EMI会较大),开通中不应有下跌,关断后不会出现尖冲,死区时间满足设计要求。
对比PWM芯片输出波形和驱动波形,确认驱动波形和PWM输出波形一致。
(4)驱动回路
功率器件(MOSFET和IGBT)驱动电源要求低的阻抗特性,驱动回路面积尽可能小,驱动线尽量短,且驱动回路必须与功率回路分开。
(5)瞬态状态下的波形
在瞬态条件下,如开关机、输出突加负载、突减负载,由限流态到稳压态的转换,从稳压到限流态的转换,输出短路,短路开机,输出短路放开的情况下驱动正常。
由保护到恢复的过程中,驱动正常,波形的上升和下降沿应平滑,开通中不应由下跌,关断后不会出现尖冲,死区时间满足设计要求,驱动波形不应出现振荡现象。
判定标准:
符合测试说明,合格;否则不合格。
(6)主控制芯片供电电压的测试
用示波器测试主要的控制芯片的供电电压,捕捉模块上电过程、关机的过程以及正常工作情况下芯片供电电压的波形,芯片供电电压必须满足芯片资料的要求,同时最好工作在芯片资料推荐的工作电压下,任何情况都不能出现超过芯片工作电压范围的电压芯片供电。
3功率半导体器件的应力测试
测试说明:
功率半导体器件主要包括:
DCDC的主功率管、输出整流二极管、PFC的主功率管、PFC的整流二极管、PFC的夸接二极管等。
这些功率半导体器件的正确使用是电源可靠性的重要保证,为保证功率器件的合理使用,需要考虑合理的电流、电压降额和结温降额,故测试应在以下几个方面注意:
A、满足电压降额要求;
B、满足电流降额要求;
C、满足温度降额要求
测试方法:
A、测试功率半导体器件在最恶劣条件下的Vds电压波形,确定最高电压和最大尖锋电压。
由于Vds的电压比较高,而且最大的电压尖锋的频率能够达到30-40MHz,故一般的测试时,电压尖锋小于300V的,可采用一般的示波器原配探头(一般额定电压为300,带宽为100M或50M,测试的波形不会失真),当电压尖锋大于300V时,测试以高压无源探头的测试结果为准(带宽为100M),测试的波形一般也不会失真。
对于有源高压探头,因为带宽较窄,一般为20MHz,容易失真,不建议使用。
对于电压应力的测试,主要测试在动态情况下的电压应力(因为稳态情况下的电压应力较小),具体的测试条件如下:
(1)输入电压为最高电压,分别测试输出空载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V),(所有的负载跳变条件为:
跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路情况下,器件的电压应力。
改变输入电压,在最低输入电压和额定输入电压下重新以上的测试。
记录测试的最大应力,记录超标的电压波形。
(2)输入电压在最大电压和最下电压之间跳变(跳变时间为20ms)分别测试输出空载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V),(所有的负载跳变条件为:
跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路情况下,器件的电压应力。
(3)模拟系统上运行的情况测试下,在系统上,当模块处于浮充状态,监控使模块变为均充,这时由于模块电压上升速度不一致,导致电压上升较快的模块瞬间承受过高的功率,同时模块又没法短路回缩(电压高于短路回缩点),这是模块的应力比较大,肯可能会导致器件应力超标。
具体的模拟方法:
如测试25A(或50A模块)时,用100A的模块和25A模块(或50A模块)并联,然后带100A的负载,调节100A模块的输出电压为43A,25A(或50A)模块的电压为42V,这时25A(或50A)模块没法带载输出,突然调节25A(或50A)模块的电压为58V,这时25A(或50A)模块电压上升,从而瞬时带100A的负载,测试这时的管子电压应力。
对于100A模块,可以采用机柜进行模拟以上的现象,主要是让模块子瞬间带很大的负载而又不让模块回缩,测试这时的电压应力。
具体可以根据实际的使用电路分析和测试分别模块的最大电压应力。
B、电流应力测试
测试功率器件载最恶劣条件下的Ids电流波形,确定最高工作电流和最大尖锋电流,具体的测试条件如下:
(1)输入电压最低电压,输出电压为最大,分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V),(所有的负载跳变条件为:
跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路情况下,器件的电流应力。
(2)输入电压载最大电压和最小电压之间跳变(跳变时间为201ms),分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V),(所有的负载跳变条件为:
跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路情况下,器件的电流应力。
具体可根据实际使用电路分析和测试,分别求出使用的最大额定电流。
C、温度应力
分别测试功率器件的最高温升,温升应该满足降额要求。
测试最高温度下器件的壳温是最直接的判据;作为替代方式可以测试常温下的温升ΔT,则器件的最高温升为:
Tcasemax=Tenvmax+ΔT
Tjmax=Tcasemax+P*Rth
Tcasemax:
最高壳温;Tenvmax:
最高环境温度;Tjmax:
最高结温;P:
器件的功耗;Rth:
从结到壳的热阻
测试时,温度测试必须在最高的环境温度下测试。
测试的条件为:
输入温最低的输入电压,输出为最大功率(最高的输出电压,额定的输出电流)用多点温度测试仪测试各个功率器件的温升,同时打印温度曲