“開關(guān)”與“損耗”

人類社會要向著高效、節(jié)能、環(huán)保的方向前進(jìn)，離不了開關(guān)電源技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展。開關(guān)模式電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，不同于線性電源，開關(guān)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(zhuǎn)換會有較高的耗散，但時間很短，因此比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。

在社會需求的推動下，開關(guān)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(chǎn)品，都蘊(yùn)含了這一技術(shù)：變頻空調(diào)、變頻熒光燈、冰箱、馬達(dá)、音響和UPS等。這些電子產(chǎn)品的主控板都有微處理器，微處理器主要用來判斷負(fù)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(qū)動電路。

▲ 驅(qū)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(qū)動電路的。

▲功率電路與控制電路框圖

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

1、開關(guān)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(nèi)仍具有較高的精度

- 負(fù)載變化時仍能保持較好的穩(wěn)定性

2、開關(guān)電源的研發(fā)需要重點解決的幾個問題包括：

-減少開關(guān)損耗

-提高可靠性(確認(rèn)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(dǎo)體器件和驅(qū)動電路進(jìn)行評價，是解決這些問題強(qiáng)有力的工具。準(zhǔn)確測量開關(guān)波形并計算開關(guān)損耗，對于改良產(chǎn)品使用壽命、優(yōu)化電源效率是極其重要的手段。

開關(guān)損耗測量方法

施加在開關(guān)半導(dǎo)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(guān)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(guān)器件工作過程的不同，開關(guān)損耗可定義如下：

開關(guān)打開過程的功耗：開啟損耗 (T1-T2)

開關(guān)關(guān)閉過程的功耗：關(guān)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(shè)置決定損耗分析的區(qū)間，分成“開關(guān)” 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(biāo)指定的范圍內(nèi)，中間電平與電壓波形交叉點為基準(zhǔn)周期計算，多個周期的也能進(jìn)行測試。

周期內(nèi)零損耗區(qū)間與計算結(jié)果無關(guān)，只作為(零損耗)來分析。