电源模块DC-DC隔离型测试方法

2020年09月18日 14:27
本篇介绍如何测试电源模块的重点技术指标和测试方法。电源模块选定后,接下来就是非常重要的环节,测试产品性能和参数。一个产品的品质好坏取决于各项技术参数指标的平衡。  一、电源模块的测试与方法  测试阶段一般分2个部分:  1、模拟实际电路工作参数测试并得出结论是否满足需求;  2、将电源模块安装到实际工作电路中进行稳定性测试;使用前务必要经过这些阶段测试,需严格测试各项技术参数指标合格后才能继续使用,否则将会给产品带来隐患,造成不可估量的损失。  01、采用标准的开尔文测试方法  如下图2-1所示,测试条件:室温 Ta =25℃ 湿度<75%。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/20191028114626653.png
  测试仪器-参考:输入电压范围足够大的直流可调稳压电源, 电流表 A(精度在 0.001A),电压表 V(精度在 0.001V),负载阻值计算;  设:模块的最大输出功率是6W,输出电压5V,需要计算出R(负载)阻值;  例1:测试模块的最大功率http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281147561718.png
  *以上是模块的最大持续输出功率,不得超过标称最大值,否则会造成模块永久性损坏!  例2:10%轻负载测试http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281148454189.png
  备注:为保证测试的准确性请务必遵守以下4点注意事项:  Ø 连接馈线:应选择线损-越小越好,以直径为 1mm 多股铜线最佳,以免造成过大压降。当负载电流较大时,应缩短输出引脚与各负载间的距离,增加连接导线截面积来减小过大的压降。  Ø 在测量时建议采用单通道探头直接测量法测量输出,避免输入输出共地和外界干扰产生的测量误差。  Ø 测试时确保前级的供电电源限流点设置合理,在负载 10%-100%之间,为保证有准确的电压和纹波,输出容性负载不能大于技术手册规定值。  Ø 具体技术参数请参考产品对应的技术手册。  02、电压模块的基本参数测试  连接好电源模块就可以进行模块的性能的测试和判定,确认模块的性能参数是否符合要求。  03、测试模块输出电压精度  以模块DM21-5W1205V为例,模块输出设定电压为Voutnom = 5V ,额定负载为 4.166Ω,实测输出电压Vout = 5.028V ,输出电压精度 =0.56%  04、线性电压调整率http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281336177379.png
  以模块DM21-5W1205V为例,额定负载为1000mA,Vouth = 5.028V,Voutnl = 5.0V,Voutnom = 5.01V,线性电压调整率 =-0.556%  05、负载调整率-宽电压输入稳压输出系列http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/20191028134053410.png
  以模块DM21-5W1205V为例,额定负载为1000mA,Vb2 = 5.01V ,负载调整率 =0.339%  06、转换效率http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281340443703.png
  以模块DM21-5W1205V为例,实测参数:Vin = 12V,Iin = 560mA,Vout = 5V,Io = 1000mA,效率h =74.4% 。  07、波纹噪声  纹波和噪声是叠加在直流输出上的周期性和随机性交流成分,它也影响着输出精度,一般对  纹波和噪声采用峰-峰值计量(mVP-P)。  第一步,先将示波器带宽设置为 20MHz,可以有效防止高频噪声;  第二步,采用平行线测试法、双绞线或靠测法。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281346539807.png
  *平行线测试法  备注 :  C1:高频陶瓷电容,一般容值为 1uF;  C2:宽电压输入DM41-系列C2 容值为 10uF(电解电容), 耐压值高于模块输出电压2 倍以上即可;  两平行线铜箔带之间的距离为 2.5mm,两平行铜箔带的电压降之和应小于输出电压值的 2%。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281348341820.png
  *双绞线测试法  备注:双绞线测试法,采用 30cm 长、#20AWG 线规组成的双绞线与被测开关电源的 Vo+及Vo-连接,在 Vo+与Vo-之间接上阻性负载(假负载)。在双绞线末端接一个10μF 解 电容,在测量点连接时,一端接在Vo上,另一端接到地平面端。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281349226852.png
  *示波器靠测法  由于示波器的地线夹会吸收各种高频噪声干扰测量结果,为了屏蔽干扰可采用靠测法测试, 示波器探头接在每路输出端测试。实际测试纹波和噪声会因电路和外接元件不同而有所差异。  08、动态负载  当负载出现突变时,所有的电源都有一个相应的响应时间。在突变响应期间内,电源的输出  电压会出现瞬间的过冲,然后回到正常输出状态。动态响应是通过对过冲幅度的大小、响应时间的长短来测量的,是电源性能的一个重要指标。  具体测量的方法是用电子负载来进行电源负载的突变,负载设置条件为输出负载电流为额定  负载的 25%-50%-25%和 50%-75%-50%,电流跳变的上升和下降斜率选:0.08-0.1A/uS,,用示波器测量其输出电压的最大偏差和响应时间,动态负载测试波形如下图所示。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281350311090.png
  动态负载测试波  09、启动时间  启动时间为输入开启后输出相对于输入达到目标电压值时响应延迟的时间。一般在额定满负  载下测得,外接滤波器(包括输入输出电容)均会大大延迟启动的时间,实际设计要与纹波噪声要求权衡考虑。具体的产品及应用疑问请咨询技术人员。下图为启动时间测试波形。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281351252007.png
  10、隔离绝缘特性测试http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/20191028135293767.png
  Ø 耐压测试方法:按照耐压的测试标准,将耐压值从 0V 开始慢慢往上调,将耐压值调至设定的最高耐压并在最高耐压值维持一分钟时间。  Ø 绝缘强度:在输入输出间加隔离电压(直流或交流的峰值)测试 1 分钟。  Ø 绝缘电阻:在输入输出间加 500VDC,测的输入输出间绝缘电阻大于 1GOhm。  在产品技术手册中的隔离电压仅在一分钟的快速测试内有效,如果需要更长的耐压时间或在  长期的高耐压的状态下工作,额定工作电压就必须参考相关标准。根据 IEC950 的标准,隔离电压与额定工作电压之间的转换关系可以通过以下的曲线下图所示(纵坐标:隔离测试电压;横坐标:额定工作电压)。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/20191028135337806.png
  IEC950 标准的典型击穿电压等级参考表如下。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281353565324.png
  11、电源模块外壳温升测试  测试外壳温升可以用热成像仪或是热电偶测试,由于发射率对红外热成像仪测量的结果有影  响,从而会导致测量结果存在一定的偏差,一般推荐用热电偶测试。  如环境温度Ta = 25℃,实际用热电偶测的电源模块的外壳温度Tc = 50℃,那么模块的温升是DT=Tc-Ta=50-25=25℃。其中Tc—壳温,Ta—环境温度,△ T—温升。  相同环境条件下,塑料外壳比金属外壳安全等级更高,绝缘特性强。  使用环境,因无自然通风,建议将电源模块与温度敏感元器件尽量远离或是隔离为两个空间。  12、输入反射纹波测试  输入反射纹波电流主要是指经模块的滤波器未滤除完全的纹波电流反射到 DC 电源输入端的  交流分量。输入反射纹波电流测量需要在前端接入电感和电容元件来匹配源阻抗,如下图所示。http://www.ebyte.com/Uploadfiles/Picture/2019-10-28/201910281354598563.png
  电感电容推荐值:Lin(4.7μH) ,Cin(220μF, ESR < 1.0Ω at 100 KHz)