“開關”與“損耗”

人類社會要向著高效、節(jié)能、環(huán)保的方向前進，離不了開關電源技術和變頻技術的發(fā)展。開關模式電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，是一種高頻化電能轉換裝置，不同于線性電源，開關電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切換，這兩個模式都有低耗散的特點，切換之間的轉換會有較高的耗散，但時間很短，因此比較節(jié)省能源，產生廢熱較少。

在社會需求的推動下，開關電源每年以超過兩位數(shù)的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。我們周圍各種各樣的電子產品，都蘊含了這一技術：變頻空調、變頻熒光燈、冰箱、馬達、音響和UPS等。這些電子產品的主控板都有微處理器，微處理器主要用來判斷負載條件，實現(xiàn)最優(yōu)控制。除了微處理器以外，主控板上還有許多電容、濾波器、變壓器、功率模塊等器件以及驅動電路。

▲ 驅動電路框圖

通常功率電子電路包括功率電路和控制電路，功率電路由功率器件(MOSFET、IGBT等)、電感和電容等組成，控制電路是用來控制驅動電路的。

▲功率電路與控制電路框圖

這些電路中，利用半導體器件的高速開關動作控制電壓和電流輸出等的電路就叫開關電路。使用開關電路的電源，稱作開關電源 (開關器件通常采用MOSFET等)。目前市面上的 AC-DC, DC-DC和 DC-AC轉換器等都是開關電源。它的發(fā)展很大程度上取決于功率半導體器件(MOSFET, IGBT等)的發(fā)展。毫不夸張地說，沒有開關器件就沒有開關電源。而我們要測試開關損耗，就是要評價這些半導體器件和驅動電路上的功率參數(shù)。

1、開關電路具有幾個顯著的特點：

- 小巧、輕便、高效

- 在較寬的電壓和電流輸出范圍內仍具有較高的精度

- 負載變化時仍能保持較好的穩(wěn)定性

2、開關電源的研發(fā)需要重點解決的幾個問題包括：

-減少開關損耗

-提高可靠性(確認ASO)

-EMC(抑制諧波電流和減少噪聲)

-降低成本

橫河混合信號示波器DLM3000的電源分析功能可以針對功率半導體器件和驅動電路進行評價，是解決這些問題強有力的工具。準確測量開關波形并計算開關損耗，對于改良產品使用壽命、優(yōu)化電源效率是極其重要的手段。

開關損耗測量方法

施加在開關半導體器件上的電壓會很高而且是浮地的，用數(shù)字示波器觀測這種波形性時需要選用差分探頭。使用示波器測量和計算開關損耗通常用差分探頭測量漏源極電壓(Vds)，電流探頭測量漏電流(ID) 。

根據(jù)開關器件工作過程的不同，開關損耗可定義如下：

開關打開過程的功耗：開啟損耗 (T1-T2)

開關關閉過程的功耗：關閉損耗 (T3-T4)

每個周期的損耗：總平均損耗 (T1-T4)

開啟損耗定義如下：

DLM3000根據(jù)U Level、I Level的設置決定損耗分析的區(qū)間，分成“開關” 區(qū)間(TurnOn,TurnOff)、損耗計算區(qū)間(On)三個部分分別計算。

測試范圍是兩條T Range光標指定的范圍內，中間電平與電壓波形交叉點為基準周期計算，多個周期的也能進行測試。

周期內零損耗區(qū)間與計算結果無關，只作為(零損耗)來分析。