开关电源芯片通用测试要求和步骤antonychen概论.docx

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开关电源芯片通用测试要求和步骤antonychen概论

开关电源芯片通用测试要求和步骤

ByAntonyChen

开关电源必须通过一系列的测试，使其符合所有功能规格、保护特性、安规（如UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO，长城等之耐压、抗燃、漏电流、接地等安全规格）、电磁兼容（如FCC、CE等之传导与幅射干扰）、可靠性（如老化寿命测试）、及其他特定要求等。

测试开关电源是否通过设计指标，需要各种精密的电子设备去模拟电源在各种环境下实际工作中的性能。

一、理论上的DCDC测试指标清单

1.描述输入电压影响输出电压的几个指标形式（line）

1.1绝对稳压系数：

K=△Uo/△Ui

1.2相对稳压系数：

S=△Uo/Uo/△Ui/Ui

1.3电网调整率（也称线性调整率）：

它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。

linereg=△Uo/Uo*100%@-10%

1.4电压稳定度：

负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度。

STB=△Uo/Uo*100%@0

2.负载对输出电压影响的几种指标形式（load）

2.1负载调整率（也称电流调整率）

在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。

2.2输出电阻（也称等效内阻或内阻）

在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL|Ω

3.纹波电压的几个指标形式（ripple）

3.1最大纹波电压

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

Vripple=VMAX-VMIN

3.2纹波系数Y（%）

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，即Y=Umrs/Uox100%

3.3纹波电压抑制比（PSRR：

PowerSupplyRejectionRatio）

在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输入电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：

纹波电压抑制比=Ui~/Uo~。

3.4这里声明一下：

3.4.1噪声不同于纹波。

3.4.2纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下。

3.4.3噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的1%左右。

纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peaktopeak）值表示，一般在输出电压的2%以下。

4.冲击电流（on-off）

冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流。

一般是5-10倍最大工作电流

5.过流保护（OCP）

是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。

过流的给定值一般是额定电流的110%——130%。

6.过压保护（OVP）

6.1输入过压保护：

是一种对输入端子间过大电压进行负载保护的功能。

一般规定为输出电压的120%，取决于输入电路的结构和工艺耐压。

6.2输出过压保护：

是一种对输出端子间过大电压进行负载保护的功能。

一般规定为输出电压的130%——150%。

7.输出欠压保护（UVLO）

7.1当输入电压在标准值以下时，检测输入电压下降，防止芯片误操作而停止电源并发出报警信号，多为系统正常工作的最低输入电压的130%-150%左右。

7.2当输出电压在标准值以下时，检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出报警信号，多为输出电压的80%——30%左右。

8.过热保护（OTP）

在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超标时停止电源的工作并发出报警信号。

9.温度漂移（温度跨度上的指标漂移）和温度系数（TC）

9.1温度漂移：

环境温度的变化影响元器件的参数的变化，从而引起稳压器输出电压变化。

常用温度系数表示温度漂移的大小。

9.2绝对温度系数：

温度变化1摄氏度引起输出电压值的变化△UoT，单位是V/℃或毫伏每摄氏度。

9.3相对温度系数：

温度变化1摄氏度引起输出电压相对变化△UoT/Uo，单位是V/℃。

9.4PPM=（UoMAX-UoMIN）*106/（（TMAX-TMIN）*Uo）

10.漂移（时间跨度上的漂移）

10.1稳压器在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，元件参数的稳定性也会造成输出电压的变化，

10.1.1慢变化叫漂移

10.1.2快变化叫噪声

10.1.3介于两者之间叫起伏。

10.2表示漂移的方法有两种：

10.2.1在指定的时间内输出电压值的绝对变化△Uot

10.2.2在指定时间内输出电压的相对变化△Uot/Uo

10.3考察漂移的时间可以定为1分钟、10分钟、1小时、8小时或更长。

10.4只在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂两项指标。

11.响应时间。

是指负载电流突然变化时，稳压器的输出电压从开始变化到达新的稳定值的一段调整时间。

11.1在直流稳压器中，则是用在矩形波负载电流时的输出电压波形来表示这个特性，称为过度特性。

12.失真。

这是交流稳压器特有的。

是指输出波形不是正弦波波形，产生波形畸变，称为畸变。

13.噪声（音频噪声，区分于信号噪声）

按30Hz-18kHz的可听频率规定，这对开关电源的转换频率不成问题，但对带风扇的电源要根据需要加以规定。

14.输入噪声。

为使开关电源工作保持正常状态，要根据额定输入条件，按由允许输入外并叠加于工业用频率的脉冲状电压（0-Vpeak）制定输入噪声指标。

一般外加脉冲宽度为100us-800us，外加电压1000V。

15.浪涌。

这是在输入电压，以1分钟以上的间隔按规定次数加一种浪涌电压，以避免发生绝缘破坏、闪络、电弧等异常现象。

通信设备等规定的数值为数千伏，一般为1200V

16.静电噪声

指在额定输入条件下，外加到电源框体的任意部分时，全输出电路能保持正常工作状态的一种重复脉冲状的静电。

一般保证5KV-10KV以内。

17.稳定度

允许使用条件下，输出电压最大相对变化△Uo/Uo

18.电气安全要求（GB4943-90）

18.1电源结构的安全要求。

18.1.1空间要求

UL、CSA、VDE安全规范强调了在带电部分之间和带电部分与非带电金属部分之间的表面、空间的距离要求。

18.1.1.1UL、CSA：

要求极间电压大于等于250VAC的高压导体之间，以及高压导体与非带电金属部分之间（这里不包括导线间），无论在表面间还是在空间，均应有0.1英寸的距离;

18.1.1.2VDE：

要求交流线之间有3mm的徐变或2mm的净空隙;

18.1.1.3IEC：

要求交流线间有3mm的净空间隙及在交流线与接地导体间的4mm的净空间隙。

18.1.1.4另外，VDE、IEC要求在电源的输出和输入之间，至少有8mm的空间间距。

18.1.2电介质实验测试方法

打高压：

输入与输出、输入和地、输入AC两级之间。

18.1.3漏电流测量。

漏电流是流经输入侧地线的电流，在开关电源中主要是通过静噪滤波器的旁路电容器泄露电流。

18.1.3.1UL、CSA均要求暴露的不带电的金属部分均应与大地相接，漏电流测量是通过将这些部分与大地之间接一个1.5KΩ的电阻，其漏电流应该不大于5mA。

18.1.3.2VDE要求用1.5KΩ的电阻与150nF电容并接。

并施加1.06倍额定使用电压，对数据处理设备，漏电流应不大于3.5mA。

一般是1mA左右。

18.1.4绝缘电阻测试。

18.1.4.1VDE要求：

输入和低电压输出电路之间应有7M欧的电阻，在可接触到的金属部分和输入之间，应有2MΩ的电阻或加500V直流电压持续1分钟。

18.1.5印制电路板要求。

18.1.5.1UL要求是认证的94V-2材料或比此更好的材料。

18.2对电源变压器结构的安全要求。

18.2.1变压器的绝缘。

变压器的绕组使用的铜线应为漆包线，其他金属部分应涂有瓷、漆等绝缘物质。

18.2.2变压器的介电强度。

在实验中不应出现绝缘层破裂和飞弧现象。

18.2.3变压器的绝缘电阻。

变压器绕组间的绝缘电阻至少为10MΩ，在绕组与磁心、骨架、屏蔽层间施加500V直流电压，持续1分钟，不应出现击穿、飞弧现象。

18.2.4变压器湿度电阻。

变压器必须在放置于潮湿的环境之后，立即进行绝缘电阻和介电强度实验，并满足要求。

潮湿环境一般是：

相对湿度为92%（公差为2%），温度稳定在20到30摄氏度之间，误差允许1%，需在内放置至少48小时之后，立即进行上述实验。

此时变压器的本身温度不应该较进入潮湿环境之前测试高出4摄氏度。

18.2.5VDE关于变压器温度特性的要求。

18.2.6UL、CSA关于变压器温度特性的要求。

注：

IEC——InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工委员会

VDE——VerbandesDeutcherElectrotechnicer，德国电器工程师协会

UL——Underwriters’Laboratories，美国保险商实验室

CSA——CanadianStandardsAssociation，加拿大标准协会

FCC——FederalCommunicationsCommission，美国联邦通讯委员会

CCC——ChinaCompulsoryCertification，中国强制认证

CE——ConformityWithEuropean，欧盟统一认证

TüV（Technischerüberwachüngs-Verein）在英语中意为技术检验协会（TechnicalInspectionAssociation）。

TüV是德国专为元器件产品定制的一个安全认证标志，在德国和欧洲得到广泛的接受

19.无线电骚扰（按照GB9254-1998测试）

19.1电源端子骚扰电压限值。

19.2辐射骚扰限值。

20.环境实验

环境试验是将产品或材料暴露到自然或人工环境中，从而对它们在实际上可能遇到的贮存、运输和使用条件下的性能作出评价。

20.1低温：

LTST低温存储，LTOT低温存储加偏置，

20.2高温：

HTST高温存储，HTOL高温工作寿命

20.3恒定湿热：

THT稳态湿热

20.4交变湿热：

TCT温度循环

20.5冲撞（冲击和碰撞）：

20.6振动

20.7恒加速

20.8贮存

20.9长霉

20.10腐蚀大气（例如盐雾）

20.11砂尘

20.12空气压力（高压或低压）

20.13温度变化

20.14可燃性

20.15密封

20.16水

20.17辐射（太阳或核）

20.18锡焊：

SHT耐焊接热

20.19接端强度

20.20噪声：

65dB

21.电磁兼容性试验（electromagneticcompatibilityEMC）

电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。

21.1电磁干扰波一般有两种传播途径,要按各个途径进行评价.

21.1.1一种是以波长长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在30MHz以下.这种波长长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长，其辐射到空间的量也很少，由此可掌握发生于电源线上的电压，进而可充分评估干扰的大小，这种噪声叫做传导噪声。

21.1.2当频率达到30MHz以上，波长也会随之变短。

这时如果只对发生于电源线的噪声源电压进行评价，就与实际干扰不符。

因此，采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法，该噪声就叫做辐射噪声。

21.1.2.1测定辐射噪声的方法有上述按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法。

21.2电磁兼容性试验包括以下试验：

21.2.1①磁场敏感度：

（抗扰性）设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下的不希望有的响应程度。

敏感度电平越小，敏感性越高，抗扰性越差。

固定频率、峰峰值的磁场

21.2.2②静电放电敏感度：

具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。

300pF电容充电到-15000V，通过500Ω电阻放电。

可超差，但放完后要正常。

数据传递、储存，不能丢。

21.2.3③电源瞬态敏感度：

包括尖峰信号敏感度（0.5us10us2倍）、电压瞬态敏感度（10%-30%，30s恢复）、频率瞬态敏感度（5%-10%，30s恢复）。

21.2.4④辐射敏感度：

对造成设备降级的辐射干扰场的度量。

（14KHz-1GHz，电场强度为1V/m）

21.2.5⑤传导敏感度：

当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时，对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。

（30Hz-50KHz3V，50KHz-400MHz1V）

21.2.6⑥非工作状态磁场干扰：

包装箱4.6m磁通密度小于0.525uT,0.9m0.525uT。

21.2.7⑦工作状态磁场干扰：

上、下、左、右交流磁通密度小于0.5mT。

21.2.8⑧传导干扰：

沿着导体传播的干扰。

10KHz-30MHz60（48）dBuV。

21.2.9⑨辐射干扰：

通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。

10KHz-1000MHz30屏蔽室60（54）uV/m。

22.

二、主要开关电源测试项目及测试步骤：

1功能（Functions）测试：

1.1电压调整率测试（LineRegulationTest）

A．目的

测试SMPSOutputLoad一定而ACLine变动时，其输出电压跟随变动的稳定性（常规≤1%）

B．使用仪器设备

1）.交流电源ACSource

2）.电子负载ElectronicLoad

3）.数字电压表DigitalVoltageMeter

C.测试条件

环境温度Temp.

输入电压

ACInput

输入频率

Freq.

输出负载设置

OutputLoadSetup

25℃

90V/115V/132V

47Hz~63Hz

Max.Load最大负载

Min.Load最小负载

180V/230V/264V

D.测试方法

1）.依规格设定测试负载LOAD条件.

2）.调整输入电压ACLINE和频率FREQUENCY值.

3）.记录待测品输出电压值是否在规格内.

4）.Linereg.=（输出电压的最大值（Vmax.）-输出电压的最小值（Vmin.））/Vrate*100%.

E.注意事项

1）.测试前先将待测品热机,待其输出电压稳定后再进行测试.

2）.电压调整率值是输出负载不变,输入电压变动时计算的值.

1.2负载调整率测试（LoadRegulationTest）

A.目的

测试SMPS在ACLine一定而OutputLoad变动时,其输出电压跟随变动之稳定性（常规≤±5%）

B．使用仪器设备

1）.交流电源/ACSource

2）.电子负载/ElectronicLoad

3）.数字电压表/DigitalVoltageMeter

C.测试条件

环境温度/Temp.

输入电压

/ACInput

输入频率

/Freq.

输出负载设置

/OutputLoadSetup

25℃

90V/115V/132V

47Hz~63Hz

Max.Load/最大负载

Min.Load/最小负载

180V/230V/264V

D.测试方法

1）.依规格设定测试输入电压ACLINE和频率FREQUENCY值.

2）.调整输出负载LOAD值

3）.记录待测品输出电压值是否在规格内.

4）.Loadreg.=（输出电压的最大/小值（Vmax/min.）-输出电压的额定值（Vrate））/Vrate*100%.

E.注意事项

1）.测试前先将待测品热机,待其输出电压稳定后再进行测试;

2）.负载调整率值是输入电压不变,输出负载变动时计算的值.

1.3输出纹波及噪声测试（OutputRipple&NoiseTest）

A.目的

测试S.M.P.S.直流输出电压之纹波RIPPLE及噪声NOISE（常规≤输出电压的1%）;

B.使用仪器设备

1）.交流电源/ACSOURCE

2）.电子负载/ELECTRONICLOAD

3）.示波器/OSCILLOSCOPE

4）.温控室/TEMP.CHAMBER

C.测试条件

各种LINE和LOAD条件及温度条件,各种输入电压&输出负载（Min.~MAX.LOAD）.

D.测试方法

1）.按测试回路接好各测试仪器,设备,以及待测品,测试电源在各种LINE和LOAD,及温度条件之RIPPLE&NOISE。

2）.下图为一典型输出RIPPLE&NOISEA:

RIPPLE+NOISE;B:

RIPPLE;C:

NOISE

Ripple&Noise--90Vac（60Hz）@CC=0.5A

E.注意事项

1）.测试前先将待测输出并联SPEC.规定的滤波电容,（通常为10uF/47uF电解电容;或钽电容及0.1uF陶瓷电容）频宽限制依SPEC.而定（通常为20MHz）.

2）.应避免示波器探头本身干扰所产生的杂讯.

1.4功率因数和效率测试（PowerFaction&EfficiencyTest）

A.目的

测试S.M.P.S.的功率因数POWERFACTOR,效率EFFICIENCY（规格依客户要求设计）.

B.使用仪器设备

1）.交流电源/ACSOURCE

2）.电子负载/ELECTRONICLOAD

3）.数字式电压表/DIGITALVOLTAGEMETER（DVM）

4）.功率表/ACPOWERMETER

C.测试条件

环境温度/Temp.

输入电压

/ACInput

输入频率

/Freq.

输出负载设置

/OutputLoadSetup

25℃

90V/115V/132V

47Hz~63Hz

Max.Load/最大负载

180V/230V/264V

D.测试方法

1）.依规格设定测试条件:

输入电压,频率和输出负载.

2）.从POWERMETER读取PinandPF值,并读取输出电压,计算Pout.

3）.功率因数=PIN/（Vin*Iin）,效率=Pout/Pin*100%；

E．注意事项

1）.测试前先将待测品热机,待其功率表读数稳定后记录.

2）.输出电压依据客户要求在板端或者输出线终端测试.

1.5能效测试（EnergyEfficiencyTest）

A.目的

测试S.M.P.S.能效值是否满足相应的各国能效等级标准要求（规格依各国（组织）标准要求定义）.

B.使用仪器设备

1）.交流电源/ACSOURCE

2）.电子负载/ELECTRONICLOAD

3）.数字式电压表/DIGITALVOLTAGEMETER（DVM）

4）.功率表/ACPOWERMETER

C.测试条件

1）.输入电压条件为115Vac/60Hz和230Vac/50Hz与220Vac/50Hz/60Hz条件.

2）.输出负载条件为空载、1/4max.load、2/4max.load、3/4max.load、max.load五种负载条件.

D、测试方法:

1）.在测试前将产品在在其标称输出负载条件下预热30分钟.

2）.按负载由大到小顺序分别记录115Vac/60Hz与230Vac/50Hz输入时的输入功率（Pin）,输入电流（Iin）,输出电压（Vo）,功率因数（PF）,然后计算各条件负载的效率.

3）.在空载时仅需记录输入功率（Pin）与输入电流（Iin）.

4）.计算115Vac/60Hz与230Vac/50Hz时的四种负载的平均效率,该值为能效的效率值

E、标准定义

1）.能源之星2.0能效规格值标准（V等级）；

表1：

带载模式下的节能标准：

标准模式

标称输出功率（Po）

带载模式下的最低平均效率

0W＜Po≤1W

≥0.480*Po+0.140

1W＜Po≤49W

≥[0.0626*Ln（Po）]+0.622

Po＞49W

≥0.870

表2：

带载模式下的节能标准：

低压模式

标称输出功率（Po）

带载模式下的最低平均效率

0W＜Po≤1W

≥0.497*Po+0.067

1W＜Po≤49W

≥[0.0750*Ln（Po）]+0.561

Po＞49W

≥0.860

低压模式是指外接电源的标称输出电压<6V，标称输出电流≥550毫安

表3：

空载能耗标准

标称输出功率（Po）

最大空载功率

AC-ACEPS

AC-DCEPS

0W＜Po＜50W

≤0.5W

≤0.3W

50W≤Po≤250W

≤0.5W

≤0.5W

2）.Po为铭牌标示的额定输出电压与额定输出电流的乘积;

3）.实际测试的平均效率值和输入空载功率值需同时满足规格要求才可符合标准要求.

F、计算方法举例

Sample

Nameplate

Output

Power（Pno）

NameplateOutputVoltage

NameplateOutput

Current

AverageEfficiencyinActiveMode（expressedasadecimal）

PS1

0.75watts

1V

750mA

0.497*0.75+0.067=0.4398or0.44

PS2

0.75watts

10V

75mA

0.480*0.75+0.140=0.5000or0.50

PS3

20watts

5V

4000mA

[0.0750*Ln（20）]+0.561=0.7857or0.79

PS4

20watts

10V

2000mA

[0.0626*Ln（20）]+0.622=0.8095or0.81

PS5

75watts

5V

15000mA

0.86

PS6

75watts

10V

7500mA

0.87

1.6上升时间测试（RiseTimeTest）

A.目的

测试S.M.P.S.POWERON时,各组输出从10%~90%POINT之上升时间（常规≤20mS）.

B.使用仪器设备

1）.交流电源/ACSOURCE

2）.电子负