TDSPWR2&DPO电源测量方案

目前，随着快速低压设备在数字系统中的应用及便携式电子设备的迅速推广，人们对紧凑的、低成本的开关电源的需求正在不断提高。数字系统的工作速度正在不断升级，这一趋势要求在一定程度上降低半导体元器件的工作电压，如处理器和存储设备。当前新型集成电路设备的工作电压仅为几年前的一半（1.8V）。为保证这些关键电平一直处于允许的容限内，集成电路必须采用分布式电源结构，亦即电源的位置必须靠近使用点。数字系统的速度越高，它消耗的电流和功率往往也就越大。

分布式电源结构和更高的功率要求，使电源设计工程师面临着新的技术挑战：

1. 提高效率

2. 提高功率密度

3. 提高可靠性

4. 控制EMI,满足电磁兼容要求

为迎接这些挑战，工程师必须分析电源开关波形，测量各个点的功率消耗，精确分析开关损耗、磁通密度（B-H）、以及确定安全工作区域（SOA）等等。此外，他们还必须根据EN61000-3-2标准执行严格的一致性测试，并详细记录测试结果，而且所有这一切还面临着市场周期的限制和质量竞争的压力。这一系列要求迫使工程师采用高性能、高效率的功率测试工具。

泰克在测量领域拥有悠久历史，它利用示波器平台的处理能力，为电源设计工程师提供简便易用、经济低廉的解决方案。最近推出的TDSPWR2软件包具有完善、强大的分析能力，它与泰克的TDS5000系列或TDS7054/TDS7104数字荧光示波器及差分探头和电流探头一起使用时，就构成了一个完整的电源测量系统。

这个系统将DPO杰出的波型捕获速率和探测功能与TDSPWR2软件包的分析能力完美地结合到一起。利用该系统，工程师可以：

² 自动偏移校正

² 测试开关器件的损耗

² 测试磁芯损耗

² 进行磁性器件的B-H分析

² 产生定制的测试报告

² 得到易于分析的SOA图

² 进行针对EN61000-3-2标准的预一致性测试

² 自动的纹波测量

² 全面的功率测量

1. 自动偏移校正

在开关电源内进行任何功率损耗测量之前，应先同步电压和电流信号，以消除传导延迟，这一点很重要。这个同步过程叫做“偏移校正”。

使用TDSPWR2进行功率测量时，偏移校正非常容易，只需要两个步骤。首先将差分电压探头和电流探头连接到偏移校正夹具的测试点上，偏移校正夹具由示波器的Auxiliary输出或Cal-out信号激励；然后在用户界面上输入所用探头的型号即可。TDSPWR2软件会自动进行偏移校正，整个过程非常简单。实际使用时，可以校正高达100A的电流。

其它公司在做偏移校正时，使用的是一种很传统的方法，需要进行数学运算。首先，它需要一个Probus接口（图如下），该接口仅能提供100mA的电流，这只能满足30A以下探头的要求。也就是说，他们只能校正30A以下的电流。

同时，他们还需要一个数学波形，该波形从波形数据中通过二次采样得到，它要占用一个通道。任何额外的数学操作（比如：功率计算）都需要额外的数学波形。

2. 开关损耗测量

开关损耗是指在开关切换时的功率损失,它在数值上等于开关导通/关断转换区域与开关切换频率的乘积。实际使用时，区域大小和切换频率都是变化的，具体的值取决于负载情况。

TDSPWR2软件的“开关损耗”功能可自动计算功率波形，并根据捕获的数据计算开关的最大、最小和平均功率损耗。在分析开关装置的功率耗散时，这些数据非常有用。如下图所示，这些数据将显示为Turn On Loss(导通损耗)、Turn Off Loss(关断损耗)和Power Loss(功率损耗)。如果知道了接通和断开时的功率损耗，便可着手解决电压和电流跃迁，减少功率损耗。

在负载变化期间，开关电源的控制电路将改变开关频率以驱动负载。这时的功率波形是非周期性的。分析非周期功率波形非常繁琐。然而，TDSPWR2的高级测量能力,可自动计算最小功率损耗、最大功率损耗和平均功率损耗，以此提供开关的有关信息。

其它公司在测量开关损耗时，就没有这么简单了。他们首先让示波器显示功率的波形，然后进行最大值、区域和平均值的计算。要得到测量结果，用户必须手动地用光标去选取被测数据，如下图所示。而且他们还不能对动态负载时的开关损耗进行测量。

在上图中，用户还必须手动地把“区域”和“切换频率”相乘。

3. 安全工作区域(SOA)

安全工作区是开关器件切换时的 电压VS.电流图。利用该图工程师可以轻松确定开关器件的受压等级，并迅速找到异常现象。利用光标链接，还可观察异常点对应的时域情况。

利用TDSPWR2可轻松得到SOA图，见下图。

在上图中，要观察异常数据点对应的时域表现，只需要把感兴趣的点链接到时域即可。

其它公司的SOA图如下所示：

在上图中，要观察异常数据点对应的时域情况，光标链接毫无作用，用户必须从YT波形“卷”（SCROLL）到SOA图，这是一个冗长乏味的过程。细心一点还可以发现，上面的SOA图没有刻度信息，这给观察和分析带来了很大的难度。

4. 针对EN6100-3-2标准的功率品质和预一致性测试

在AC/DC开关电源设计中，工程师们面临着一个挑战，那就是进行与功率品质相关的测量，比如:有功功率、视在功率、功率因数以及针对EN61000-3-2标准的电流总谐波失真（THD）和预一致性测试（Precompliace Test）。在电源的设计阶段，预一致性测试（Precompliace Test）在不同的有功功率值时进行。

TDRPWR2的全功率品质测量结果：

在上图中，TDSPWR2以连续模式同时给出有功功率、视在功率、功率因数、THD和电流谐波失真的测试结果，这符合在不同有功功率时进行预一致性测试的要求。

其它公司在测量功率品质时，不能同时给出有功功率、视在功率、功率因数和电流谐波失真的测试结果，也不能进行总谐波失真(THD)测试。这在全面分析功率品质时有很大的局限性。

5. 动态负载时的功率耗散分析（HiPower Finder）

目前，在任何一个系统里，电源的负载都是动态的。要保证瞬时功率耗散满足指标，工程师必须付出更多的努力去了解负载变化时的具体情况。

HiPower Finder 为动态条件下的功率耗散分析提供了一种解决方案。

HiPower Finder能够捕获负载变化事件，然后将整个捕获周期的瞬时峰值功率迅速地计算并显示出来。这样，工程师能够立即发现存在问题的地方，并将之链接到相关的时域区域进行分析。利用这个软件，工程师可以知道每周期开关闭合的持续时间及消耗的能量。

其它公司不提供这种功能。

6. 磁性元件分析

在设计开关电源时，工程师必须分析磁性元件的特性，比如变压器和电感。磁性元件的特性直接影响电源的转换效率和故障率。要得到预期的性能表现，工程师必须设计专用的磁性元件，并监测磁芯饱和、磁芯损失的磁滞曲线以发现降低效率的问题所在。同时，在线的电感测量也很必要。

TDSPWR2的测量结果如下：

磁芯损失

磁芯饱和

其它公司不提供这种功能。

7. 电源纹波测量

开关电源输出为直流时，其纹波测量及纹波抑制非常重要。在AC/DC开关电源中，纹波主要是由于工频和开关切换引起的，而在DC/DC开关电源中，纹波主要是由于开关切换引起的。

TDSPWR2能自动地设置示波器并计算电源纹波。

其它公司不提供这种功能。

8. 测试报告生成

若系统中的电源是可用的，那么测试工程师需要产生详细的测试报告来证明电源的性能。在这个报告中，包含了很多的屏幕快照，这些图片往往是在基于示波器的测试中抓下来的。另外，测试报告具有特殊的格式，而且不同用户有不同的报告格式。

利用TDSPWR2，用户可灵活地定义自己的报告模板，如模板的大小、格式。当报告格式改变时，其中的某些内容还可以再次利用。在做最终报告时，TDSPWR2能自动将屏幕快照和所需的测试结果按照设定的格式生成测试报告。

L公司在生成测试报告时，首先将数百张的屏幕快照保存下来，这些图片中包含了测试的设定信息，然后利用桌上电脑把这些图片转换成报告。这个过程非常浪费时间。

其它公司不提供这种功能

在电源系统测试中，使用TDS5000/TDS7000系列示波器+TDSPWR2软件包，可以轻松完成各项所需的测量和分析任务。

¨ 自动通道时间校正

¨ 可以校正高达100A的电流

¨ 直接的开关损耗测量

¨ 动态负载下的开关损耗分析（HiPower Finder）

¨ B-W分析

¨ 磁芯损耗

¨ 在线的电感测量

¨ 安全工作区分析、光标链接

¨ 方便的进行复杂的功率品质分析

¨ 自动纹波测量

¨ 测试报告生成器

这些任务用别的方案也许能够完成，但其过程往往复杂繁琐，需要花费大量的时间。

另外，泰克示波器开放的系统平台和完善的技术服务让用户在使用过程中得心应手、事半功倍。泰克的TDS5000以上系列示波器都毫不例外的使用了开放的Windows结构，把一台高性能示波器和PC融合到一台自含式设备中。通过DPX^TM采集技术、开放的Windows桌面和针对Windows/UNIX的应用编程接口（API），这些系列的示波其提供了超快速的数据采集、分析和联网能力。通过使用嵌入式PCI总线，可以把波形数据直接从采集系统传送给开放Windows平台上的分析软件，比如：CVI、LABVIEW、EXCEL、MATLAB、VB、C、C++等应用软件。PCI总线的传送速度要远远快于传统的GPIB总线。

泰克在技术和培训支持中拥有广泛的专业知识，通过与泰克合作,您可以在灵活广泛的服务方案中进行选择。在使用泰克的产品过程中获得成功。主要的服务内容有：

² 维修服务

² 校准/功能检验服务

² 升级和产品安装

² 自助服务计划

² 现场服务

² 技术支持和培训

您有任何问题需要我们解决，请与当地泰克技术支持中心联系。我们的客户服务系统保证了我们能够迅速反应，满足您的要求。