电源设计开发是个技术活儿~

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在全球节能环保和智能互联终端花样翻新的大环境下,节能、高频、高效、微型、智能化是电源行业未来的发展趋势。新低能耗器件的广泛应用,PMIC 设计优化、第三代半导体材料 SiC/GaN MOSFET 技术的出现,正推动着功率电子行业发生颠覆式的变革。这些新型器件把整个电源转换系统的效率提高多个百分点。

 

电源设计开发是个技术活儿,也是累活儿,工作繁杂挑战诸多。电源设计工程师根据任务书选择合适的器件和拓扑结构,设计符合功能的原型版,电源设计优化尤其重要。既要保证功能的实现,又要兼顾效率、成本及 EMC 各个方面,最终产品还需要进行整体电源质量评价及行业标准的认证。

 

电源测试工程师在做电源测试过程中都会经历功率器件选择、电源原型版设计、电源质量分析、产品最终认证这四个阶段,每个阶段都会面对不同的痛。

 

什么才是电源测试工程师所关注的测试难点?走访了百位测试工程师,总结发现效率是电源设计工程师非常关注的,如何确定主要的功率损耗点是非常重要的。传统的理论计算方法有诸多不足,因为实际的电源不同,设计的结构不同以及期间的损耗都有很大区别,所以工程师需要能准确测试功率主要损耗开关器件及无源器件的工具及方法。

 

阶段 1:功率器件选择的痛点

  对市场新推出的低功耗 IC 及功率器件特性无法准确把握?是否真正在自己的电源设计中发挥最大的作用,缺少一种简单经济的评价方法。

 

  对于电源产品设计,大功率开关管的选择是非常关键也是非常困难的。 如何在系统调试之前对 IGBT 模块特性进行测试,尤其基于桥式拓扑结构,在不同的负载条件测试 IGBT 及相应的二极管的特性?成为工程师非常头疼的问题。

 

阶段 2:原型版设计的痛点

  对于电源功能设计中输入输出的信号进行测试,信号波形及主要的参数指标。对于系统的评价,测试设备是否能可靠地,准确的反应真实的信号特点是工程师非常关注的问题,担心某一次测试带来误导。

 

  作为开关电源做主要的器件,MOSFET 和 IGBT 成为影响电源整体效率最主要的因素,不同的应用中,驱动条件不同,功耗千差万别,如何能量化评价在真实电源中的损耗成为非常在意的问题。

 

  第三代宽禁带半导体器件 GaN、SiC 出现,推动着功率电子行业发生颠覆式的变革。新型开关器件技能实现低开关损耗,又能处理超高速的 dv/dt 转换,且支持超快速的开关切换频率,带来的测试挑战也成了工程师的噩梦。

 

  如何评价磁性器件对电源稳定性和整体效率的影响?如何测试电感,磁损,BH 曲线,磁性属性等指标是摆在工程师面前的难题。

 

  工程师就需要花更多的时间和精力在电源的完整性上面(PDN),除了我们经常提到的开关损耗、输入电源质量、输出纹波测试等以外,我们还会涉及到环路响应测试,通过环路响应测试我们可以知道了解我们的反馈环路的稳定性到底如何?

 

  电源输出质量是电源评价重要的一环,尤其对于 DC 输出,不但要测试电压,电流大小,还要对输出的纹波进行准确的测试,尤其对于某些特殊的电源,纹波需要控制在很小的范围,如何准确测试微小的纹波信号非常棘手。

 

阶段 3:电源质量分析的痛点

  产品设计完成,效率是其最重要的指标,如何准确评价电源质量? 有功功率,功率因数,效率等项目?

 

  为满足电源行业的标准谐波是非常关键的指标。如何准确评价电源谐波,如何一次性通过 IEC61000-3-2 标准一致性测试?

 

  对于电源产品节能认证非常重要,如何准确评价电源待机功耗的预一致性标准 IEC62301 v2.0?

 

阶段 4:产品最终认证的痛点

  电源在上市前需要通过 CE 认证,其中非常重要的就是 EMC 一致性认证。很多工程师在实现功能设计同时还要兼顾 EMC 的挑战,如何能让工程师了解电源产品的 EMC 状况,一次性通过认证呢?

 

  电源产品最后一道工序需要进行长时间烤机测试,如何提高效率,尤其对于大批量生产的情景,既准确又高效的测试方法非常重要。

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