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横河电源开发测试解决方案（三）
2021-03-02 19:55:33· 来源：横河测试测量 作者：YOKOGAWA
电源开发测试 解决方案 元器件特性分析 - 元器件特性分析 - 元器件特性分析目的 开关电源中常用的功率半导体器件主要包括：DC-DC 的主功率管(MOSFET/IGBT)、输出整流二极管、PFC
电源开发测试解决方案
元器件特性分析
开关电源中常用的功率半导体器件主要包括：DC-DC 的主功率管(MOSFET/IGBT)、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。如果元器件的工作状态不超过供应商提供的规格书上的指标。那么可以实现全寿命工作。
降额可以有效地提高零件的使用可靠性，但降额是有限度的。过度的降额会使器件的正常特性发生变化，甚至有可能找不到满足产品或电路功能要求的元器件, 过度的降额还可能引入元器件的失效机理，或导致元器件数量不必要的增加，结果反而让设备的可靠性下降，也会导致产品的重量、体积和成本增加。因此对元器件特性的分析，就成为平衡性价比的关键环节。
元器件特性分析内容
电压应力测试，电流应力测试，温度应力测试，开关损耗，高频器件测试。
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峰电压。由于Vds的电压比较高，而且最大的电压尖峰的频率能够达到30-40MHz，因此尽量选择带宽50MHz以上的高压差分探头，以保证采集波形高频部分不失真。
电压应力的测试，主要测试在动态情况下的电压应力, 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、限流状态等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进行以上测试。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小电压之间跳变，分别测试输出空载、满载、限流等状态下，器件的电压应力。
观测驱动信号Vgs 波形时，由于高端臂共模电压较高，共模干扰会影响Vgs 真实波形的观测。严重的情况下，会导致测试的Vgs 超标，测试无法通过。我们可以通过如下方法检测高臂端共模干扰情况：CMRR 的影响会表现在高臂端，为了抑制高臂端(S 极)的共模干扰，尽量采用更高共模抑制比的差分探头。
在工程师做器件应力测试时，需要随时调整负载的情况下同时不断调高示波器的触发电平，以捕捉不断升高的Vds和Id。利用示波器的历史存储功能，无需随时调整触发电平，示波器可以自动将已触发的波形保留在历史内存中。
分析时，只需打开历史功能菜单，将所有的开关波形叠加显示，就能够清楚观测到最高的尖峰、使用历史统计功能，可以一次性将每一屏的Max、Min等数据自动测量统计并以列表方式显示，方便工程师迅速查询到最大应力水平。在保存波形数据时，选择保存历史存储波形，可以将不用工况下应力测试数据保存在一个文件里面，方便后期分析查找。
开关电源元器件温度应力测试由于需要在电源正常工作状态下测试功率元器件、变压器线圈、电容铝壳、IC的温升，经常会发生测试点漏电，导致高压通过TC线直接串入仪器内部。某些品牌仪器由于耐压不足，出现温度错误、仪器电击损坏等现象。需要测温仪器具有较高的耐压和测量精度，并可以应对温度应力测试中恶劣的电磁环境。
磁芯材料的铁损和铜损是影响电源效率、可靠性的关键因素，尤其是低功率因数下高精度铁损测量是非常重要的测试项目之一。
铁芯发生磁滞特性或过电流导致的能量损失称为铁芯损失或铁损。铜损是指电机的铜材部分，也就是线圈部分产生的焦耳热。如果输入频率、横截面积和其他参数，则可以使用功率分析仪自带的用户自定义运算功能来计算磁通密度B和交流磁场强度H，并将结果显示在屏幕上。
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