开关电源测量的经验总结

电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量(当然还有线性电源)。讲述开关电源的资料非常多，本文讨论的内容为PWM开关电源，而且仅仅是作为测试经验的总结，为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此，在阅读本文之前，已经假定您对于开关电源有一定的了解。

1 开关电源简述

开关电源(Switching Mode Power Supply，常常简化为SMPS)，是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。

开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离，分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通，没有隔离措施，常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的，使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递，输入端和输出端之间是完全电气隔离的。

对于开关变换器来说，只有三种基本拓扑形式，即：

● Buck(降压)

● Boost(升压)

● Buck-Boost(升降压)

三种基本拓扑形式，是电感的连接方式决定。若电感放置于输出端，则为Buck拓扑;电感放置于输入端，则是Boost拓扑。当电感连接到地时，就是Buck-Boost拓扑。

2 容易引发系统失效的关键参数测试

以下的测试项目除了是指在静态负载的情况下测试的结果，只有噪声(noise)测试需要用到动态负载。

2.1 Phase点的jitter

对于典型的PWM开关电源，如果phase点jitter太大，通常系统会不稳定(和后面提到的相位裕量相关)，对于200~500K的PWM开关电源，典型的jitter值应该在1ns以下。

2.2 Phase点的塌陷

有时候工程师测量到下面的波形，这是典型的电感饱和的现象。对于经验不够丰富的工程师，往往会忽略掉。电感饱和会让电感值急剧下降，类似于短路了，这样会造成电流的急剧增加，MOS管往往会因为温度的急剧增加而烧毁。这时需要更换饱和电流更大的电感。

2.3 Shoot through测试

测试的目的是看上MOS管导通时，有没有同时把下管打开，从而导致电源直接导通到地而引起短路。如图三所示蓝色曲线(Vgs_Lmos)就是下管在上管导通的同时，被带了起来，如果蓝色曲线的被带起来的尖峰超过了MOS管的Vth要求，同时持续时间(Duration)也超过了datasheet要求，从而就会有同时导通的风险。当然，这是大家最常见到的情况。

下面这种情况有非常多的人会忽视，甚至是一些比较有经验的电源测试工程师。下面组图四是下管打开，上管关闭时候的波形(图4-1是示意图，图4-2示实际测试图)。虽然没有被同时带起的情况，但是请注意上下管有交叉的现象，而且交叉点的电平远高于MOS管规定的Vth值，这是个严重的shoot through现象。最直接的后果就是MOS管烧毁!

2.4 相位裕量和带宽 (phase margin and bandwidth)

相位裕量和带宽是很多公司都没有测试的项目(尤其是规模较小的公司受限于仪器)，但是这却是个非常重要的测试项目。电源系统是否稳定，是否能长时间(3年或以上)有效工作，相位裕量和带宽可以在很大程度上说起了决定性的作用。很多公司完全依赖于电源芯片厂家给的参考设计方案里的推荐值，但是跟你的设计往往有不小的差异，这样会有很大的潜在风险。