电力电子测试

电力电子测试

应对电力电子测试的挑战

利用先进解决方案测试电力电子设计

数字处理板上的电源系统和逻辑电路面临着相似的挑战,但又不尽相同。这些挑战要求权衡影响设计决策的诸多因素。宽禁带半导体(例如氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC))在电源转换器中得到应用,有助于:

  • 减小电源体积
  • 减少开关损耗
  • 提高效率
  • 但是,开关频率越高,电源转换器内部出现寄生效应的可能性越大。

电力电子设计的挑战

增加开关电源的工作频率,能够减小电感电流纹波、输出电压纹波、电容和电源体积,但也会增加电源损耗和热量,引起高压侧和低压侧晶体管之间的相互作用以及直通事件。电源噪声增加,是导致 EMI 问题的主要原因。电源布局紧凑,会引起热变化并导致热量增加,从而造成稳压器、放大器和转换器等器件出现错误。电压降低,会减小容差并提高精度要求。为了向不同的电源域提供各种电压,电源树变得更加复杂,需要部署更多的电源路径以便连接所有集成电路引脚。较薄的直流电源路径能够让电路布局更加紧凑,有助于管理复杂布局,但是这种设计容易导致过热和电感增加。

保证电力电子电路的可靠性

可靠性是电力电子电路的一个重要要求:如果电源电路出现故障,设备将无法正常工作。提高效率能够最大程度地减少导致热量产生的能量损失,有助于增强可靠性。即使是最高效的电力电子电路也会产生热量,因此,良好的散热设计和合适的材料选择至关重要。电力电子电路还必须满足 EMI 要求:干扰发射会影响设备本身和周围的其他设备。

使用罗德与施瓦茨解决方案测试电力电子

罗德与施瓦茨提供准确、快速、可靠的测试与测量工具,适用于以下电力电子测试领域,有助于制定最佳设计决策和排查问题:

  • 开关分析:包括交直流转换器基础、测试电源转换器设计的可靠性、验证交直流转换器输入输出之间的电气隔离。
  • 控制环路测量:电源设计用于在设备负载变化的情况下仍保持输出电平不变。波特图是用于分析电源控制环路的理想工具。
  • EMI 调试:在开发过程中及早检测、分析和纠正 EMI 成因,能够可靠地确保通过 EMI 一致性测试,避免在项目后期重新进行设计、推迟产品开发和额外增加成本。
  • 功耗:电池供电型设备的电池寿命是一个重要的设计因素。对于采用电池和市电供电的设备,最大程度地减少功耗非常重要。
  • 电源完整性:分析 PCB 的供电网络性能,是电路设计流程中的重要环节。
  • 设计验证:验证启动阶段的动态行为和负载变化的影响,需要利用更加复杂的测试设备。

电力电子测试解决方案

开关分析

增加开关频率有助于最大程度地提高电源转换器的效率和性能。这也可能导致直通和电磁干扰过度等意外结果。罗德与施瓦茨示波器、功率探头和分析软件可协助电子设计人员解决这些问题,从而改善开关性能,并对设计进行特性测量和优化。

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EMI 调试和分析

电磁干扰 (EMI) 是功率电子的主要考虑因素,并随着开关速度的提高而变得愈加重要。因此,需要在开发周期的早期阶段解决 EMI 问题,避免出现高代价的返工。罗德与施瓦茨示波器具备强大的频谱分析功能,有助于在研发阶段及早解决 EMI 难题。

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控制环路分析

控制环路是电源转换器或逆变器的核心,可确保输出电压保持稳定。罗德与施瓦茨示波器提供专用分析功能,能够分析控制环路的特性。

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设计验证

在设计过程中验证电源转换器的特性和性能会非常困难。这需要满足多项要求,包括客户规范和相关标准。罗德与施瓦茨提供广泛的高质量产品和解决方案,专门协助您可靠地执行电源转换器的设计和生产测试。

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电源完整性测试

稳定、清晰的电源路径信号确保电子设备具有可靠性能。随着电压逐渐降低、容差要求日趋严格,准确测量电源路径会非常困难。罗德与施瓦茨示波器具备附件和分析功能,充分支持这些测量任务。

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功率效率测试

设计电源转换器需要均衡考量不同的设计目标,例如符合标准和确保效率。这适用于大功率、嵌入式和电池供电型设计,因此需要进行大量测试。罗德与施瓦茨提供丰富的解决方案,能够应对这些挑战。

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