电源测试全攻略（三）：白盒测试

测试方法：

A、测试功率半导体器件在最恶劣条件下的Vds电压波形，确定最高电压和最大尖锋电压。由于Vds的电压比较高，而且最大的电压尖锋的频率能够达到30-40MHz，故一般的测试时，电压尖锋小于300V的，可采用一般的示波器原配探头(一般额定电压为300，带宽为100M或50M，测试的波形不会失真)，当电压尖锋大于300V时，测试以高压无源探头的测试结果为准(带宽为100M)，测试的波形一般也不会失真。对于有源高压探头，因为带宽较窄，一般为20MHz，容易失真，不建议使用。

对于电压应力的测试，主要测试在动态情况下的电压应力(因为稳态情况下的电压应力较小)，具体的测试条件如下：

(1)输入电压为最高电压，分别测试输出空载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V)，(所有的负载跳变条件为：跳变时间5ms，tr和tf为1A对应20us)，空载到短路情况下，器件的电压应力。改变输入电压，在最低输入电压和额定输入电压下重新以上的测试。记录测试的最大应力，记录超标的电压波形。

(2)输入电压在最大电压和最下电压之间跳变(跳变时间为20ms)分别测试输出空载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V)，(所有的负载跳变条件为：跳变时间5ms，tr和tf为1A对应20us)，空载到短路情况下，器件的电压应力。

(3)模拟系统上运行的情况测试下，在系统上，当模块处于浮充状态，监控使模块变为均充，这时由于模块电压上升速度不一致，导致电压上升较快的模块瞬间承受过高的功率，同时模块又没法短路回缩(电压高于短路回缩点)，这是模块的应力比较大，肯可能会导致器件应力超标。具体的模拟方法：如测试25A(或50A模块)时，用100A的模块和25A模块(或50A模块)并联，然后带100A的负载，调节100A模块的输出电压为43A，25A(或50A)模块的电压为42V，这时25A(或50A)模块没法带载输出，突然调节25A(或50A)模块的电压为58V，这时25A(或50A)模块电压上升，从而瞬时带100A的负载，测试这时的管子电压应力。

对于100A模块，可以采用机柜进行模拟以上的现象，主要是让模块子瞬间带很大的负载而又不让模块回缩，测试这时的电压应力。具体可以根据实际的使用电路分析和测试分别模块的最大电压应力。

B、电流应力测试

测试功率器件载最恶劣条件下的Ids电流波形，确定最高工作电流和最大尖锋电流，具体的测试条件如下：

(1)输入电压最低电压，输出电压为最大，分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V)，(所有的负载跳变条件为：跳变时间5ms，tr和tf为1A对应20us)，空载到短路情况下，器件的电流应力。

(2)输入电压载最大电压和最小电压之间跳变(跳变时间为201ms)，分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V)，(所有的负载跳变条件为：跳变时间5ms，tr和tf为1A对应20us)，空载到短路情况下，器件的电流应力。

具体可根据实际使用电路分析和测试，分别求出使用的最大额定电流。

C、温度应力

分别测试功率器件的最高温升，温升应该满足降额要求。测试最高温度下器件的壳温是最直接的判据;作为替代方式可以测试常温下的温升ΔT，则器件的最高温升为：

Tcasemax = Tenvmax +ΔT

Tjmax = Tcasemax + P*Rth

Tcasemax：最高壳温;Tenvmax：最高环境温度;Tjmax：最高结温;P：器件的功耗;Rth：从结到壳的热阻

测试时，温度测试必须在最高的环境温度下测试。

测试的条件为：输入温最低的输入电压，输出为最大功率(最高的输出电压，额定的输出电流)用多点温度测试仪测试各个功率器件的温升，同时打印温度曲线，直到温度曲线为平滑曲线为止(即温度已达到稳定)。

同时必须测试风扇损坏时，在最恶劣情况下的温度应力，也必须满足降额要求。

判断标准：

(1)对于电压应力，在各种条件下，满足测试的最大Vds小于器件的额定工作电压，合格;如果测试的最大Vds大于器件的额定工作电压，项目组能够出具体器件认证器件合格的《器件超额使用报告》，合格，否则不合格。

(2)对于电流应力，在各种条件下，满足测试的最大电流小于器件的额定工作电流，合格;如果测试的最大电流大于器件的额定工作电流，项目组能够出具体器件认证器件合格的《器件超额使用报告》，合格，否则不合格。

(3)对于温度应力，必须有15oC的降额，也就是说，在最高的环境温度下测试，器件的表面温度必须小于(器件的额定结温-15oC-P*Rth)，一般P*Rth取15oC，符合上述说明，合格;否则不合格。

4 磁性器件的测试

测试说明：

电路中磁性元件主要在输入共模电感、PFC电感、变压器、滤波电感、输出共模电感、驱动变压器、谐振电感等处使用，起着EMI滤波及能量传递等作用，评价磁性元件应用是否恰当主要关注以下几个方面：

A、是否存在饱和现象

B、温升是否满足要求，磁性温升是因为铁损(涡流损耗、磁滞损耗)和铜损造成。

常用的磁性材料有：铁氧体、坡莫合金、非晶态合金等，根据其特性，分别应用在不同的场合。

正确的设计才能保证磁性元件应用的合理，由于随温度的变化磁心的特性有较大的变化，因此最恶劣的条件下的验证是必要的。

测试方法：

(1)输入和输出共模电感

一般不会存在饱和问题，其主要作用是实现EMI要求，同时有抑制输入的共模串扰的作用，其考虑主要是良好的绝缘，在要求频段内的电感量，分步电容小，温升满足要求。前三点由EMC测试保证，温升需要测试，测试常温下最大电流(铜耗最大)条件下的温升ΔT，以衡量设计的合理性。

(2)PFC电感

PFC电感在功率回路中起能量传递的作用，虽然一般PFC控制芯片具有限流作用，但是电感的饱和降引起严重温升和输入电流波形畸变，因此需测试最恶劣条件下的工作情况。

A、测试最低电压输入，最大功率输出时的PFC电感电流波形，电流波形不会出现非正常的上翘，即不会饱和(动态情况下，不作为磁性器件的要求，但其他器件的降额必须满足降额)。

B、降输入电压调整为在欠压点+5V(持续时间为200ms)、过压点-5V(持续时间为200ms)之间跳变，输出调整为最大线形负载时，测试PFC电感电流波形，电流波形不会出现非正常的上翘，即不会饱和。同时，需要在最低输入电压时分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载到限流、空载到深度限流，电感电流的波形，判断是否能够满足要求。

C、在最低输入电压，最大输出功率情况下，测试常温下的温升ΔT，应满足温升要求。

D、在最低输入电压，最大输出功率情况下，测试最高工作温度下的温升ΔT，与常温比较无太大差异，且磁心温度不会超标。

(3)变压器

随电路拓扑不同，变压器的要求也不同，不考虑集成磁情况，一般双极性变压器(如全桥、半桥、推挽等开关电源变压器)，单端正激类变压器，单端反激类变压器类型，且与具体采用的复位技术有关。

变压器的饱和温升问题是值得注意的问题，可以从以下方面考虑：

A、变压器最大输入电流(变压器输入电压最低，输出功率最大)情况下的电流波形不应出现异常的上翘。

B、将输入电压调整为在欠压点+5V(持续时间为50ms)、过压点-5V(持续时间为50ms)之间跳变，输出调整为最大线形负载(持续时间为500ms)、空载(持续时间为500ms)之间跳变，测试变压器的电流波形，电流波形不会出现非正常的上翘，激即不会饱和。同时，需要在最低输入电压时分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载到限流、空载到深度限流，电感电流的波形，判断是否能够满足要求。

C、在最低输入电压，最大输出功率情况下，测试常温下的温升ΔT，应满足温升要求。

D、在最低输入电压，最大输出功率情况下，测试最高工作温度下的温升ΔT，与常温比较无太大差异，且磁心温度不会超标。

(4)输出滤波电感

输出滤波电感工作在直流状态下，电感量的大小影响主电路的工作稳定性和特性。

输出滤波电感要求在最恶劣的情况下不出现饱和现象，温升满足要求。

A、电感中流过最大电流(电流输出处于限流状态，输出最大电流时)情况下的电流波形不应出现异常的上翘。

B、在最低输入电压，最大输出功率情况下，测试常温下的温升ΔT，应满足温升要求。

D、在最低输入电压，最大输出功率情况下，测试最高工作温度下的温升ΔT，与常温比较无太大差异，且磁心温度不会超标。

判断标准：

(1)测试中电感或变压器中电流在最恶劣状况下不会出现饱和;

(2)常温下的磁性元件温升和最高工作温度下的温升现象;

(3)换算到最高温度及最恶劣输出状态下磁性元件及其线包上的表面温度不超过安规的规定。对于绝缘等级A(105度)，任何情况下，表面温度不能超过90度;对于绝缘等级B(130度)，任何情况下，表面温度不能超过110度;对于绝缘等级F(155度)，任何情况下，表面温度不能超过135度;对于绝缘等级H(180度)，任何情况下，表面温度不能超过150度。

(4)磁性元件内部的温升不能超过《器件认证降额规范》要求的降额。