电源测试——白盒测试

1 辅助电源测试

测试说明:
电源中辅助电源有重要意义,电源模块的正常工作靠辅助电源来保障,辅助电源工作要比主电路要求更可靠,因为即使在输入电压超限的条件下,辅助电源还要正常工作,以实现正常的保护逻辑,而且功率器件的驱动,控制芯片的工作都要靠辅助电源来保障,因此,对辅助电源的要求是:无论在动态的情况下还是在静态的情况下,必须稳定可靠,输出电压稳定,以满足控制和通讯电路的要求。测试工作中要充分关注辅助电源。
测试方法:
辅助电源要关注以下几个问题:
A、启动电阻设计是否合理,限流电阻(辅助电源的输入与高压直流母线排串联的电阻)设计是否合理;
B、静态的情况下,辅助电源的电压是否在全电压、负载内;
C、大动态的情况下,辅助电源是否正常;
D、启动过程中输出电压是否出现过冲,384X Isence端及驱动波形是否异常;
E、输出电压波形监测;
F、开关管的电应力测试;
G、辅助电源的温度应力测试;
H、芯片的工作主要参数,如工作电压、功耗等。
针对这些问题,需要测试相应项目:
A、启动电阻和限流电阻测试
启动电阻的功率降额必须满足设计要求,计算功率的公式为:
P=(Bmax-V1)/R,其中Vmax为辅助电源在各种情况下最大的输入电压,V1为辅助电源控制芯片(UC384X)正常工作电压,计算出来的功率不能超过选用的启动电阻的功率,同时启动电阻的温升必须满足降额要求。在最高的环境温度、辅助电源最高的输入电压Vmax下,正常工作时,启动电阻的最高温度(温度稳定以后)不超过120oC(15oC的降额,135oC-15oC=120oC),如果在常温下测试,测试温升需要转换到最高工作环境温度。
限流电阻的功率也要满足降额的要求,用示波器测试正常情况下,满载开机,满载关机情况下电阻两端的电压波形,通过电压波形,测试出电阻两端的电源有效值,根据有效值计算电阻的功率,要求功率在开机和关机以及正常情况下要满足降额要求。
B、静态的情况下,输出电压范围测试
测试模块输入电压分别为Vinmin,Vinnom,Vinmax和输出Iomin,Ionom、Iomax,输出限流点,输出深度限流状态下的辅助电源每一路输出电压,要求每一路输出电压在每一种情况下都保持稳定,而且能够满足控制回路和通讯回路的可靠工作要求(注意:Vinmin为辅助电源刚刚开始工作的电压,Vinmax为模块输入过压保护后的电压,过压保护和欠压保护以后,模块都能正常工作)。
C、动态的情况下,辅助电源输出电压范围:
用AC SOURCE调节模块的输入电压和输出负载同时跳变(输入电压在最高电压和最低输入电压之间跳变,跳变时间为50ms,输出从空载到满载跳变,跳变时间为5ms,tr和tf设置为20us对应1A),在这种情况下,测试辅助电源各路输出电压,要求每一路输出电压都能保持稳定,而且能够满足控制回路和通讯回路的可靠工作要求。
D、关键点波形测试:
分别在输入过压点-5V、欠压点+5V启动时测试输出电压波形,3844 Isence端及开关管驱动波形,监测是否出现输出电压过冲、开关管过流及开关管驱动端波形异常等情况。同时在各种动态的情况下(包括输入动态,输出动态的情况下),各个关键点的波形测试。
E、输出电压纹波测试:
输出额定线形负载情况下,用测试电压纹波的方法测试输出电压波形,其纹波P-P值应小于5%输出电压。
判断标准:
以上测试项目作为检测辅助电源性能的测试。启动电阻温升正常,未出现开关管电流及驱动波形异常,在工作范围内辅助电源电压正常,在异常电压输入范围辅助电源正常(在电源能够实现保护的范围内正常),合格;否则不合格。

2 驱动电路的测试

测试说明:
功率器件的驱动技术是电源可靠性的重要保障,好的驱动方式能够实现有效的开通和关断,高效率,低的EMI干扰,快速实现功率器件的保护等功能,测试中应对功率管驱动进行测试,为了防止由于探头引起的影响,测试中用应采用差分隔离探头(或采用一般的探头,同时示波器的电源用隔离变压器隔离),并注意以下问题:
A、驱动电路分析;
B、驱动电压;
C、驱动波形;
D、瞬态情况下驱动波形;
F、驱动芯片的电压,如起机过程中的芯片供电电压等。
  测试方法:
   (1)驱动电路分析
审核驱动电路方式,无论变压器隔离驱动和集成IC驱动,驱动电阻应满足推荐要求,如果采用加速电容或快速关断方式时应评估其作用,负压关断时应确认其影响,一般情况下GS应有稳压管,分析驱动电路,确认电路设计合理性。
   (2)驱动电压
目前,公司的大部分的开关管都是使用MOSFET或IGBT,MOSFET和IGBT的驱动都是使用电压方式,高的驱动电压会击穿栅极,测试在空载、半载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流跳变、空载到深度限流跳变(所有的负载跳变条件为:跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路及输入电压为最低、额定、最高,从最高电压到最低电压跳变(跳变时间为50ms)条件下的驱动波形,要保证驱动电压低于规定电压,一般峰值应小于20V,同时注意驱动电压要满足饱和驱动。
   (3)驱动波形
测试在空载、轻载、半载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流跳变、空载到深度限流跳变(所有的负载跳变条件为:跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路及输入电压为最低、额定、最高,从最高电压到最低电压跳变(跳变时间为50ms)条件下的驱动波形,波形的上升和下降沿应平滑,且满足效率和EMI要求(上升时间较快,管子的开通损坏小,但是电压尖锋较高,EMI会较大),开通中不应有下跌,关断后不会出现尖冲,死区时间满足设计要求。
对比PWM芯片输出波形和驱动波形,确认驱动波形和PWM输出波形一致。
    (4)驱动回路
功率器件(MOSFET和IGBT)驱动电源要求低的阻抗特性,驱动回路面积尽可能小,驱动线尽量短,且驱动回路必须与功率回路分开。
    (5)瞬态状态下的波形
在瞬态条件下,如开关机、输出突加负载、突减负载,由限流态到稳压态的转换,从稳压到限流态的转换,输出短路,短路开机,输出短路放开的情况下驱动正常。由保护到恢复的过程中,驱动正常,波形的上升和下降沿应平滑,开通中不应由下跌,关断后不会出现尖冲,死区时间满足设计要求,驱动波形不应出现振荡现象。
判定标准:
符合测试说明,合格;否则不合格。
    (6)主控制芯片供电电压的测试
用示波器测试主要的控制芯片的供电电压,捕捉模块上电过程、关机的过程以及正常工作情况下芯片供电电压的波形,芯片供电电压必须满足芯片资料的要求,同时最好工作在芯片资料推荐的工作电压下,任何情况都不能出现超过芯片工作电压范围的电压芯片供电。

3 功率半导体器件的应力测试

 测试说明:
功率半导体器件主要包括:DCDC的主功率管、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,故测试应在以下几个方面注意:
A、满足电压降额要求;
B、满足电流降额要求;
C、满足温度降额要求

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