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1、开关电源中开关管的功耗测量分析（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载） 开关电源中开关管的功耗测量分析摘要:广州致远电子为ZDS2000系列4通道示波器,最新标配了强大的电源测量分析软件!开关电源分析测量中,开关管部分是关键!如何使用示波器来配合软件使用,进行开关电源的开关管损耗分析测量呢?从传统的模拟型电源到高效的开关电源,电源的种类和大小千差万别。它们都要面对复杂、动态的工作环境。设备负载和需求可能在瞬间发生很大变化。即使是日常使用的开关电源,也要能够承受远远超过其平均工作电平的瞬间峰值。设计电源或系统中要使用电源的工程师需要了解在静态条件以及最差条件下电源的工
2、作情况。了解这些影响的一个关键参数是在开关过程中发生的功率损耗。理想情况下,开关器件打开(on和关闭(off是没有损耗的。实际情况是:在从“off”状态转换到“on”状态的过程中,电源会发生较高的功率损耗;而开关设备处于“on”或“off”状态时的功率损耗较低,因为流过设备的电流或加在设备上的电压相当小。过去,要描述电源的行为特征,就意味着要使用数字万用表测量静态电流和电压,并用计算器或PC 进行艰苦的计算。今天,大多数工程师转而将示波器作为他们的首选电源测量平台。现代示波器可以配备集成电源测量和分析软件,简化了设置,并使得动态测量更为容易。用户可以定制关键参数、自动计算,并能在数秒钟内看到结
3、果,而不只是原始数据。精确测量功率损耗的测试设置图1是开关电源简化的电路图。由40 kHz 时钟驱动的MOSFET控制着电流。图1中的MOSFET没有连接到AC市电接地或电路输出接地上,因此使用示波器进行简单的参考接地电压测量有可能是行不通的,因为把探头的地线连接到任何MOSFET端子上有可能会使通过示波器接地的该点短路。这时借助差分电压探头是个比较好的方案。 图1 开关电源简化的电路图进行差分测量是测量MOSFET电压波形的最佳途径。通过差分测量,可以测量漏极到源极电压(V DS,其可能会位于几十伏到几百伏的电压顶部,具体取决于电源范围。在开关电源中进行任何功率损耗测量前,非常重要的一点是同
4、步电压信号和电流信号,消除传输延迟,这一过程称为“偏移校正”。传统方法要求计算电压信号和电流信号之间的偏移,然后使用示波器的偏移校正范围手动调节偏移。但是,这种方法耗时非常长。通过使用配备偏移校正夹具和相关软件可以非常简便的进行校正操作。计算开关管上的开关功率损耗要计算开关管上的开关功率损耗,就必须要辨别开关管上的开关过程和导通过程。只有识别出具体的开关过程,才能准确的计算。一个典型的开关管开关波形如下图2所示。 图2 开关管开关时波形大部分功率和能量损耗出现在开关管开关过程,即开关管打开和关闭期间。切换过程中,开关管达到和退出饱和,并短暂地表现出线性特性。开关管导通时也会产生功率和能量损耗。
5、此时,电压为开关管最小饱和电压,并产生电流。非导通状态时的损耗通常微不足道,理论上可视为零。通过使用相关的软件,配合示波器可以自动测量一个开关周期的损耗。如图3所示。 图3 软件计算开关功耗在非导通状态,电流非常的小,几乎接近于0。在导通状态,电压非常小,由于示波器的垂直分辨率的原因,导致可能捕获的到的信号不准确,因为非导通状态下,电压值可以为几百伏,为了采集到这么高的电压,垂直每格分辨率可能到几十到几百V/div,而此时导通状态下,电压可能就几十毫伏。ZDS2000系列标配的电源分析软件为您提供了一个有效的解决办法,您可以把设备技术数据中的RDSON或VCEsat值输入,如果被测电压位于示波
6、器的灵敏度范围内,使用采集的数据进行计算,否则使用用户输入的数据来计算。广州致远电子充分站在您的角度,为了满足您的需求,在ZDS2000系列所有的4通道示波器中都将标配开关电源有关分析测量的软件!开关电源百科名片 开关电源开关电源1是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一
7、成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间目录用途与简介 1. 用途 2. 简介分类与发展方向 1. 开关电源的分类 2. 自激式 3. 微型低功率开关电源 4. 它激式 5. 产品发展方向 6. 技术发展动向 7. 开关电源的发展和趋势工作原理 1. 原理简介 2. 电路原理 3. 开关条件 4. 高频条件 5. 直流条件功能 1. DC/DC变换 2. Buck电路 3. Boost电路 4. BuckBoost电路 5. Cuk电路 6. 隔离型电路 7. AC/DC变换使用指南 1. 提高待机效率的方法 2. 输出计算 3. 接地 4. 保护电路产品特点 1.
8、特点介绍 2. 开关电源的三个条件产品测试 1. 耐压测试 2. 纹波测试 3. 漏电流测试 4. 温度测试 5. 输入电压调节率测试 6. 负载调节率测试成套开关柜 1. 简介 2. 开关柜常见种类 3. 相关标准用途与简介 1. 用途 2. 简介分类与发展方向 1. 开关电源的分类 2. 自激式 3. 微型低功率开关电源 4. 它激式 5. 产品发展方向 6. 技术发展动向 7. 开关电源的发展和趋势工作原理 1. 原理简介 2. 电路原理 3. 开关条件 4. 高频条件 5. 直流条件功能 1. DC/DC变换 2. Buck电路 3. Boost电路 4. BuckBoost电路 5.
9、 Cuk电路 6. 隔离型电路 7. AC/DC变换使用指南 1. 提高待机效率的方法 2. 输出计算 3. 接地 4. 保护电路产品特点 1. 特点介绍 2. 开关电源的三个条件产品测试 1. 耐压测试 2. 纹波测试 3. 漏电流测试 4. 温度测试 5. 输入电压调节率测试 6. 负载调节率测试成套开关柜 1. 简介 2. 开关柜常见种类 3. 相关标准展开编辑本段用途与简介用途开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域。 简介随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系
10、日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展
11、和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 编辑本段分类与发展方向开关电源的分类 开关电源人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类
12、，也有AC/AC DC/AC 如逆变器 DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。 自激式是无须外加信号源能自行振荡，自激式完全可以把它看作是一个变压器反馈式振荡电路。 微型低功率开关电源 320W单组开关电源开关电源正在走向大众化，微型化。开关电源将逐步取代变压器在生活中的所有应用，低功率微型开关电源的应用要首先体现在，数显表、智能电表、 充电器等方面。现阶段国家在大力推广智能电网建设，对电能表的要求大
13、幅提高，开关电源将逐步取代变压器在电能表上面的应用。 它激式则完全依赖于外部维持振荡，在实际应用中自激式应用比较广泛。根据激励信号结构分类；可分为脉冲调宽和脉冲调幅两种，脉冲调宽是控制信号的宽度，也就是频率，脉冲调幅控制信号的幅度，两者的作用相同都是使振荡频率维持在某一范围内，达到稳定电压的效果。变压器的绕组一般可以分成三种类型，一组是参与振荡的初级绕组，一组是维持振荡的反馈绕组，还有一组是负载绕组。比如在家用电器中使用的上海正艺科技生产的开关电源，将220V的交流电经过桥式整流，变换成300V左右的直流电，滤波后进入变压器后加到开关管的集电极进行高频振荡，反馈绕组反馈到基极维持电路振荡，负载
14、绕组感应的电信号，经整流、滤波、稳压得到的直流电压给负载提供电能。负载绕组在提供电能的同时，也肩负起稳定电压的能力，其原理是在电压输出电路接一个电压取样装置，监测输出电压的变化情况，及时反馈给振荡电路调整振荡频率，从而达到稳定电压的目的，为了避免电路的干扰，反馈回振荡电路的电压会用光电耦合器隔离。 产品发展方向开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了开关电源的发展前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模
15、块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。另外，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。 SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。 技术发展动向开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn?Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术
