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【泰克電源設(shè)計與測試】致工程師系列之一：直擊電源設(shè)計不同階段痛點

2020-02-27 22:14:57 泰克科技

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在全球節(jié)能環(huán)保和智能互聯(lián)終端花樣翻新的大環(huán)境下，節(jié)能、高頻、高效、微型、智能化是電源行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。新低能耗器件的廣泛應(yīng)用，PMIC設(shè)計優(yōu)化、第三代半導(dǎo)體材料SiC/GaN MOSFET技術(shù)的出現(xiàn)，正推動著功率電子行業(yè)發(fā)生顛覆式的變革。這些新型器件把整個電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率提高多個百分點。

電源設(shè)計開發(fā)是個技術(shù)活兒，也是累活兒，工作繁雜挑戰(zhàn)諸多。電源設(shè)計工程師根據(jù)任務(wù)書選擇合適的器件和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計符合功能的原型版，電源設(shè)計優(yōu)化尤其重要。既要保證功能的實現(xiàn)，又要兼顧效率、成本及EMC各個方面，最終產(chǎn)品還需要進行整體電源質(zhì)量評價及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。

電源測試工程師在做電源測試過程中都會經(jīng)歷功率器件選擇、電源原型版設(shè)計、電源質(zhì)量分析、產(chǎn)品最終認(rèn)證這四個階段，每個階段都會面對不同的痛。

什么才是電源測試工程師所關(guān)注的測試難點？走訪了百位測試工程師，泰克將工程師的測試痛點總結(jié)出來，發(fā)現(xiàn)效率是電源設(shè)計工程師非常關(guān)注的，如何確定主要的功率損耗點是非常重要的。傳統(tǒng)的理論計算方法有諸多不足，因為實際的電源不同，設(shè)計的結(jié)構(gòu)不同以及期間的損耗都有很大區(qū)別，所以工程師需要能準(zhǔn)確測試功率主要損耗開關(guān)器件及無源器件的工具及方法。

階段1：功率器件選擇的痛點

- 對市場新推出的低功耗IC 及功率器件特性無法準(zhǔn)確把握？是否真正在自己的電源設(shè)計中發(fā)揮最大的作用，缺少一種簡單經(jīng)濟的評價方法。

- 對于電源產(chǎn)品設(shè)計，大功率開關(guān)管的選擇是非常關(guān)鍵也是非常困難的。如何在系統(tǒng)調(diào)試之前對IGBT模塊特性進行測試，尤其基于橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在不同的負(fù)載條件測試IGBT及相應(yīng)的二極管的特性？成為工程師非常頭疼的問題。

階段2：原型版設(shè)計的痛點

- 對于電源功能設(shè)計中輸入輸出的信號進行測試，信號波形及主要的參數(shù)指標(biāo)。對于系統(tǒng)的評價，測試設(shè)備是否能可靠地，準(zhǔn)確的反應(yīng)真實的信號特點是工程師非常關(guān)注的問題，擔(dān)心某一次測試帶來誤導(dǎo)。

- 作為開關(guān)電源做主要的器件，MOSFET和IGBT成為影響電源整體效率最主要的因素，不同的應(yīng)用中，驅(qū)動條件不同，功耗千差萬別，如何能量化評價在真實電源中的損耗成為非常在意的問題。

- 第三代寬禁帶半導(dǎo)體器件GaN、SiC 出現(xiàn)，推動著功率電子行業(yè)發(fā)生顛覆式的變革。新型開關(guān)器件技能實現(xiàn)低開關(guān)損耗，又能處理超高速的dv/dt轉(zhuǎn)換，且支持超快速的開關(guān)切換頻率，帶來的測試挑戰(zhàn)也成了工程師的噩夢。

- 如何評價磁性器件對電源穩(wěn)定性和整體效率的影響？如何測試電感，磁損，BH曲線，磁性屬性等指標(biāo)是擺在工程師面前的難題。

- 工程師就需要花更多的時間和精力在電源的完整性上面（PDN），除了我們經(jīng)常提到的開關(guān)損耗、輸入電源質(zhì)量、輸出紋波測試等以外，我們還會涉及到環(huán)路響應(yīng)測試，通過環(huán)路響應(yīng)測試我們可以知道了解我們的反饋環(huán)路的穩(wěn)定性到底如何？

- 電源輸出質(zhì)量是電源評價重要的一環(huán)，尤其對于DC輸出，不但要測試電壓，電流大小，還要對輸出的紋波進行準(zhǔn)確的測試，尤其對于某些特殊的電源，紋波需要控制在很小的范圍，如何準(zhǔn)確測試微小的紋波信號非常棘手。

階段3：電源質(zhì)量分析的痛點

- 產(chǎn)品設(shè)計完成，效率是其最重要的指標(biāo)，如何準(zhǔn)確評價電源質(zhì)量？有功功率，功率因數(shù)，效率等項目？

- 為滿足電源行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)諧波是非常關(guān)鍵的指標(biāo)。如何準(zhǔn)確評價電源諧波，如何一次性通過IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)一致性測試？

- 對于電源產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證非常重要，如何準(zhǔn)確評價電源待機功耗的預(yù)一致性標(biāo)準(zhǔn)IEC62301 v2.0？

階段4：產(chǎn)品最終認(rèn)證的痛點

- 電源在上市前需要通過CE認(rèn)證，其中非常重要的就是EMC 一致性認(rèn)證。很多工程師在實現(xiàn)功能設(shè)計同時還要兼顧EMC 的挑戰(zhàn)，如何能讓工程師了解電源產(chǎn)品的EMC狀況，一次性通過認(rèn)證呢？

- 電源產(chǎn)品最后一道工序需要進行長時間烤機測試，如何提高效率，尤其對于大批量生產(chǎn)的情景，既準(zhǔn)確又高效的測試方法非常重要。