TDSPWR2&DPO電源測量方案

目前，隨著快速低壓設備在數字系統中的應用及便攜式電子設備的迅速推廣，人們對緊湊的、低成本的開關電源的需求正在不斷提高。數字系統的工作速度正在不斷升級，這一趨勢要求在一定程度上降低半導體元器件的工作電壓，如處理器和存儲設備。當前新型集成電路設備的工作電壓僅為幾年前的一半（1.8V）。為保證這些關鍵電平一直處于允許的容限內，集成電路必須采用分布式電源結構，亦即電源的位置必須靠近使用點。數字系統的速度越高，它消耗的電流和功率往往也就越大。

分布式電源結構和更高的功率要求，使電源設計工程師面臨著新的技術挑戰：

1. 提高效率

2. 提高功率密度

3. 提高可靠性

4. 控制EMI,滿足電磁兼容要求

為迎接這些挑戰，工程師必須分析電源開關波形，測量各個點的功率消耗，精確分析開關損耗、磁通密度（B-H）、以及確定安全工作區域（SOA）等等。此外，他們還必須根據EN61000-3-2標準執行嚴格的一致性測試，并詳細記錄測試結果，而且所有這一切還面臨著市場周期的限制和質量競爭的壓力。這一系列要求迫使工程師采用高性能、高效率的功率測試工具。

泰克在測量領域擁有悠久歷史，它利用示波器平臺的處理能力，為電源設計工程師提供簡便易用、經濟低廉的解決方案。最近推出的TDSPWR2軟件包具有完善、強大的分析能力，它與泰克的TDS5000系列或TDS7054/TDS7104數字熒光示波器及差分探頭和電流探頭一起使用時，就構成了一個完整的電源測量系統。

這個系統將DPO杰出的波型捕獲速率和探測功能與TDSPWR2軟件包的分析能力完美地結合到一起。利用該系統，工程師可以：

² 自動偏移校正

² 測試開關器件的損耗

² 測試磁芯損耗

² 進行磁性器件的B-H分析

² 產生定制的測試報告

² 得到易于分析的SOA圖

² 進行針對EN61000-3-2標準的預一致性測試

² 自動的紋波測量

² 全面的功率測量

1. 自動偏移校正

在開關電源內進行任何功率損耗測量之前，應先同步電壓和電流信號，以消除傳導延遲，這一點很重要。這個同步過程叫做“偏移校正”。

使用TDSPWR2進行功率測量時，偏移校正非常容易，只需要兩個步驟。首先將差分電壓探頭和電流探頭連接到偏移校正夾具的測試點上，偏移校正夾具由示波器的Auxiliary輸出或Cal-out信號激勵；然后在用戶界面上輸入所用探頭的型號即可。TDSPWR2軟件會自動進行偏移校正，整個過程非常簡單。實際使用時，可以校正高達100A的電流。

其它公司在做偏移校正時，使用的是一種很傳統的方法，需要進行數學運算。首先，它需要一個Probus接口（圖如下），該接口僅能提供100mA的電流，這只能滿足30A以下探頭的要求。也就是說，他們只能校正30A以下的電流。

同時，他們還需要一個數學波形，該波形從波形數據中通過二次采樣得到，它要占用一個通道。任何額外的數學操作（比如：功率計算）都需要額外的數學波形。

2. 開關損耗測量

開關損耗是指在開關切換時的功率損失,它在數值上等于開關導通/關斷轉換區域與開關切換頻率的乘積。實際使用時，區域大小和切換頻率都是變化的，具體的值取決于負載情況。

TDSPWR2軟件的“開關損耗”功能可自動計算功率波形，并根據捕獲的數據計算開關的最大、最小和平均功率損耗。在分析開關裝置的功率耗散時，這些數據非常有用。如下圖所示，這些數據將顯示為Turn On Loss(導通損耗)、Turn Off Loss(關斷損耗)和Power Loss(功率損耗)。如果知道了接通和斷開時的功率損耗，便可著手解決電壓和電流躍遷，減少功率損耗。

在負載變化期間，開關電源的控制電路將改變開關頻率以驅動負載。這時的功率波形是非周期性的。分析非周期功率波形非常繁瑣。然而，TDSPWR2的高級測量能力,可自動計算最小功率損耗、最大功率損耗和平均功率損耗，以此提供開關的有關信息。

其它公司在測量開關損耗時，就沒有這么簡單了。他們首先讓示波器顯示功率的波形，然后進行最大值、區域和平均值的計算。要得到測量結果，用戶必須手動地用光標去選取被測數據，如下圖所示。而且他們還不能對動態負載時的開關損耗進行測量。

在上圖中，用戶還必須手動地把“區域”和“切換頻率”相乘。

3. 安全工作區域(SOA)

安全工作區是開關器件切換時的 電壓VS.電流圖。利用該圖工程師可以輕松確定開關器件的受壓等級，并迅速找到異常現象。利用光標鏈接，還可觀察異常點對應的時域情況。

利用TDSPWR2可輕松得到SOA圖，見下圖。

在上圖中，要觀察異常數據點對應的時域表現，只需要把感興趣的點鏈接到時域即可。

其它公司的SOA圖如下所示：

在上圖中，要觀察異常數據點對應的時域情況，光標鏈接毫無作用，用戶必須從YT波形“卷”（SCROLL）到SOA圖，這是一個冗長乏味的過程。細心一點還可以發現，上面的SOA圖沒有刻度信息，這給觀察和分析帶來了很大的難度。

4. 針對EN6100-3-2標準的功率品質和預一致性測試

在AC/DC開關電源設計中，工程師們面臨著一個挑戰，那就是進行與功率品質相關的測量，比如:有功功率、視在功率、功率因數以及針對EN61000-3-2標準的電流總諧波失真（THD）和預一致性測試（Precompliace Test）。在電源的設計階段，預一致性測試（Precompliace Test）在不同的有功功率值時進行。

TDRPWR2的全功率品質測量結果：

在上圖中，TDSPWR2以連續模式同時給出有功功率、視在功率、功率因數、THD和電流諧波失真的測試結果，這符合在不同有功功率時進行預一致性測試的要求。

其它公司在測量功率品質時，不能同時給出有功功率、視在功率、功率因數和電流諧波失真的測試結果，也不能進行總諧波失真(THD)測試。這在全面分析功率品質時有很大的局限性。

5. 動態負載時的功率耗散分析（HiPower Finder）

目前，在任何一個系統里，電源的負載都是動態的。要保證瞬時功率耗散滿足指標，工程師必須付出更多的努力去了解負載變化時的具體情況。

HiPower Finder 為動態條件下的功率耗散分析提供了一種解決方案。

HiPower Finder能夠捕獲負載變化事件，然后將整個捕獲周期的瞬時峰值功率迅速地計算并顯示出來。這樣，工程師能夠立即發現存在問題的地方，并將之鏈接到相關的時域區域進行分析。利用這個軟件，工程師可以知道每周期開關閉合的持續時間及消耗的能量。

其它公司不提供這種功能。

6. 磁性元件分析

在設計開關電源時，工程師必須分析磁性元件的特性，比如變壓器和電感。磁性元件的特性直接影響電源的轉換效率和故障率。要得到預期的性能表現，工程師必須設計專用的磁性元件，并監測磁芯飽和、磁芯損失的磁滯曲線以發現降低效率的問題所在。同時，在線的電感測量也很必要。

TDSPWR2的測量結果如下：

磁芯損失

磁芯飽和

其它公司不提供這種功能。

7. 電源紋波測量

開關電源輸出為直流時，其紋波測量及紋波抑制非常重要。在AC/DC開關電源中，紋波主要是由于工頻和開關切換引起的，而在DC/DC開關電源中，紋波主要是由于開關切換引起的。

TDSPWR2能自動地設置示波器并計算電源紋波。

其它公司不提供這種功能。

8. 測試報告生成

若系統中的電源是可用的，那么測試工程師需要產生詳細的測試報告來證明電源的性能。在這個報告中，包含了很多的屏幕快照，這些圖片往往是在基于示波器的測試中抓下來的。另外，測試報告具有特殊的格式，而且不同用戶有不同的報告格式。

利用TDSPWR2，用戶可靈活地定義自己的報告模板，如模板的大小、格式。當報告格式改變時，其中的某些內容還可以再次利用。在做最終報告時，TDSPWR2能自動將屏幕快照和所需的測試結果按照設定的格式生成測試報告。

L公司在生成測試報告時，首先將數百張的屏幕快照保存下來，這些圖片中包含了測試的設定信息，然后利用桌上電腦把這些圖片轉換成報告。這個過程非常浪費時間。

其它公司不提供這種功能

在電源系統測試中，使用TDS5000/TDS7000系列示波器+TDSPWR2軟件包，可以輕松完成各項所需的測量和分析任務。

¨ 自動通道時間校正

¨ 可以校正高達100A的電流

¨ 直接的開關損耗測量

¨ 動態負載下的開關損耗分析（HiPower Finder）

¨ B-W分析

¨ 磁芯損耗

¨ 在線的電感測量

¨ 安全工作區分析、光標鏈接

¨ 方便的進行復雜的功率品質分析

¨ 自動紋波測量

¨ 測試報告生成器

這些任務用別的方案也許能夠完成，但其過程往往復雜繁瑣，需要花費大量的時間。

另外，泰克示波器開放的系統平臺和完善的技術服務讓用戶在使用過程中得心應手、事半功倍。泰克的TDS5000以上系列示波器都毫不例外的使用了開放的Windows結構，把一臺高性能示波器和PC融合到一臺自含式設備中。通過DPX^TM采集技術、開放的Windows桌面和針對Windows/UNIX的應用編程接口（API），這些系列的示波其提供了超快速的數據采集、分析和聯網能力。通過使用嵌入式PCI總線，可以把波形數據直接從采集系統傳送給開放Windows平臺上的分析軟件，比如：CVI、LABVIEW、EXCEL、MATLAB、VB、C、C++等應用軟件。PCI總線的傳送速度要遠遠快于傳統的GPIB總線。

泰克在技術和培訓支持中擁有廣泛的專業知識，通過與泰克合作,您可以在靈活廣泛的服務方案中進行選擇。在使用泰克的產品過程中獲得成功。主要的服務內容有：

² 維修服務

² 校準/功能檢驗服務

² 升級和產品安裝

² 自助服務計劃

² 現場服務

² 技術支持和培訓

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