開關電源的質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的性能及其安全可靠性。電源測試項目多，計算量大，統(tǒng)計繁瑣等問題一直困擾著工程師們，本文將對開關電源的幾個重要測試項目進行講解。

示波器電源測試分析主要實現(xiàn)使用示波器來對電源(開關電源)進行相關測試，提高電源開發(fā)人員的工作效率，方便對電源模塊進行測試。主要涉及開關電源(AC/DC)有關測試。

在大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)中，流行的DC電源結(jié)構(gòu)是開關電源(SMPS)，這種電源因能夠高效處理負載變化而聞名。典型SMPS的電源信號路徑包括無源元件、有源元件和磁性元件。SMPS最大限度地減少了有損耗的元件的使用量，如電阻器和線性模式晶體管，重點采用(在理想條件下)沒有損耗的元件，如開關式晶體管、電容器和磁性元件。其主要構(gòu)成如圖1所示。  

圖1 開關電源原理圖

開關電源的測試參數(shù)主要包括輸入端分析、輸出端分析、磁性元件分析、開關器件分析、調(diào)制分析、環(huán)路分析等，如下圖2為示波器進入電源分析測試界面后，對應各個測試功能的測試項目。

圖2 電源分析項目

輸入端分析——諧波測試

由于電源諧波的產(chǎn)生會增大電源系統(tǒng)的諧波損耗，降低電源利用率，使電源端負載等設備過載運行，縮短使用壽命，也有可能發(fā)生諧振現(xiàn)象，導致各個器件因電流過大或電壓過大而損壞等，所以對諧波的參數(shù)測試和分析就至關重要了。

ZDS3000系列以上的示波器可根據(jù)IEC61000-3-2測試0-40次電流諧波有限值，按對諧波電流的限制，設備可被分為ABCD四類，并支持諧波有效值導出報表，示波器諧波測試界面如下圖3所示。

圖3 電流諧波測試界面

次數(shù)：諧波次數(shù)是范圍是0~40。

諧波值：用于顯示某次電流諧波分量的有效值，使用統(tǒng)一的單位，單位由最大值動態(tài)決定。

諧波限值：諧波限值根據(jù)IEC 61000-3-2的 A、B、C、D 類標準動態(tài)計算得到的限值，選擇的類別不一樣將得到不一樣的電流限值。

狀態(tài)：該狀態(tài)用于顯示與標準比較后的結(jié)果。

輸出端分析——輸出紋波

輸出紋波主要指輸出的直流中的交流成分，在電路的頻率和開關的頻率都有可能產(chǎn)生紋波。在一些設備中對這些紋波非常敏感，所以必須對電源輸出的紋波進行測量，一般紋波大小為mV，采用峰峰值表示。

示波器電源分析功能中有快捷測試輸出紋波的選型，通過Analyze進入選擇輸出紋波，設置好配置即可快捷得出輸出紋波參數(shù)，并支持導出報表。

圖4 輸出紋波測試界面

開關元件分析——開關損耗測試

開關電源的開關器件總是工作在打開或關閉狀態(tài)，可以提供更高的效率。理想情況下，開關器件打開和關閉是沒有損耗的但現(xiàn)實情況中，開關器件工作是存功率損耗的。主要包括開關損耗，傳導損耗。如下圖5所示。

圖5 實際開關損耗

針對功率損耗主要計算主要包括三部分之和：

導通過程損耗+關閉過程損耗+導通損耗

Ploss = Pon + Poff + Pcond

圖6 開關損耗測試界面

值：該行結(jié)果為當前樣本的計算結(jié)果；可做最終結(jié)果的參考值。

最大值、最小值和平均值：統(tǒng)計結(jié)果，可以使用Clear進行清除并重新開始統(tǒng)計。

功率最大統(tǒng)計項(P)：瞬時功率最大值.

能量最大統(tǒng)計項（E）：與瞬時功率對應的能量，其時間是一個采樣間隔。

功率平均值統(tǒng)計項(P)：整個樣本平均功率。

除開關損耗測試外，還有可用于來料檢測或驗證開關器件性能利用率的SOA（安全工作區(qū)），動態(tài)開點電阻及dv/dt,di/dt等分析功能，后續(xù)文章會一一詳細介紹。

調(diào)制模塊分析

調(diào)制分析用于電源控制環(huán)路的測量。調(diào)制分析通常用于表征從直流輸出到開關晶體管選通端脈寬調(diào)制 (PWM) 的反饋，以實現(xiàn)動態(tài)的電壓調(diào)節(jié)。

對于調(diào)制分析，主要涉及以下幾個方面的測試分：脈沖分析、占空比、周期、頻率、上升時間和下降時間。

磁性分析

無源元件是指不放大信號或開關信號的元件。電源采用全系列無源元件，如電阻器和電容器，但從測量角度看，主要重點要放在磁性元件(磁性器件)上，特別是電感器和變壓器。電感器和變壓器都由外面纏著幾圈銅線的鐵芯組成。

電感器的阻抗會隨著頻率提高而提高，對較高頻率的阻擋作用要高于較低頻率，因此適合濾波電源輸入和輸出上的電流。

有助于確定電源性能的部分指標包括：

﹒電感

﹒功率損耗(磁性元件)

﹒I-∫V 關系以及磁性屬性

為了計算這些數(shù)據(jù)，需要設置磁性元件有關參數(shù)，首先必須確定使用的單位 SI 或者 CGS， 根據(jù)單位的不同，其參數(shù)的配置和范圍略有不同。需要配置的參數(shù)有：

S -- 線圈橫截面上

L -- 平均磁路長度

V -- 磁芯體積

電源使用電感器作為能量貯存設備、濾波器或變壓器。作為變壓器時，電感器可以幫助保持開關式電源中的振蕩。設計人員需要監(jiān)測這種設備在工作條件下的行為。電感值取決于電流和電壓來源、激發(fā)信號、波形和工作頻率。

圖7 磁性分析測試界面