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