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【是德科技感恩月征文】Keysight BenchVue助你洞悉世界難題——交錯架構的頂流
閱讀: 6070 |  回復: 10 樓層直達

2018/03/22 23:51:46
1
javike[榮譽版主]
電源幣:2919 | 積分:67 主題帖:172 | 回復帖:3097
LV12
元帥
此帖被設為精華,作者+10積分

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前幾天剛發現Keysight BenchVue推出了2018版的了,趕緊升級體驗一把。。。

在對電源系統穩定性進行測試,我個人對Keysight BenchVue是大愛,能幫助我節省很多寶貴的測試驗證時間,同時還能助我發現一般測試很難觀察到的穩定性和可靠性問題。

交錯架構的應用在電源上已經非常廣泛了,比如電腦主板和顯卡上的多相交錯BUCK,目前主流的通訊電源上的交錯LLC,微逆變上的交錯反激,大功率電源上的交錯BOOST PFC……,

4年前我在論壇里發的交錯全橋逆變關注度也非常高(【原創】3000W全橋交錯式超低待機功耗高頻逆變器的設計

而交錯架構的好處很多人都有認識到,那么,交錯架構真的就沒有BUG嗎?

接下來借助Keysight BenchVue來洞悉交錯架構的世界難題——頂流

測試的是一個交錯BUCK模塊電源。

采用Keysight MSO4154A測量交錯2路的2個下管VGS波形和輸出的紋波電壓波形。


采用HP 34401A和AG34401A監測輸入和輸出電壓



1

采樣Keysight N5765A作為輸入電壓源。


然后開啟Keysight BenchVue

                                             V


2018版的BenchVue這個提示畫面升級了



這個提示里基本也是介紹BenchVue中的Test Flow功能的,這個功能可以調用多臺儀器設備做系統級的聯合測試,而且這個功能還免費。




那么,就用Test Flow了。。。

首先把示波器、2臺萬用表、電源,都聯機進來。

BenchVue 2018變得更便捷了,可以設置識別到儀器后自動加載,而且IO聯機也可以自動識別多種連接方式,如:GPIB、USB、LAN。。。。


我現在的萬用表和電源就是用GPIB連接的,而示波器是用USB連接的,全部都秒接上了。









BenchVue Test Flow中這些功能都是可以調用的,直接拖動就行了,更詳細的操作可以看我之前的帖子和視頻:開關電源穩定性的系統級測量工具——是德科技BenchVue軟件測評


接下來設定測試程序:


設置程序和相關說明(紅字)

測試的是輸入10-15V,帶載10A時,輸出電壓、輸入電壓、輸入電流、效率、輸出紋波、2路交錯BUCK下管VGS驅動占空比。

標簽 波形
2018/03/23 00:57:44
2
javike[榮譽版主]
電源幣:2919 | 積分:67 主題帖:172 | 回復帖:3097
LV12
元帥

11A

負載10A,輸入10-15A,步進0.1V,測試需要51步,也就時有51組數據。

BenchVue Test Flow的右上有測試數據的曲線圖,從曲線中可以看出有一段曲線變化是非線性的。

右下顯示出51組完整的數據。

查看導出的數據:

仔細看:


從這些數據中可以看出10.5-11.5V輸入時,輸出紋波增大了2倍以上,占空比變化出現非線性。


接下來,測試20A時的情況:


20A測試,同樣時51組數據,在BenchVue Test Flow中同樣可以直觀的看到這些非線性變化的曲線。





再來仔細看:


仍然是出現了超過2倍以上的紋波,且占空比位非線性變化。


再來看看輸入電壓的范圍:


現在出現在11-12V的范圍了。


那么,是什么原因導致的呢?

就這幾個數據呈非線性,會不會時測量的誤差,或者是外界的干擾呢?


從目前測的102組數據中,雖然是幾個數據在非線性跳變,但跳變的數量級相對而言都是成倍以上的,說明這個跳變的過程測量得還不夠精細。

但如果對10-15V做更精細的測試,需要測試幾百上千組數據。

不過,對于20A的負載下,我們已經可以確定的是:這個非線性的跳變出現在11-12V左右。


那么,接下來,對重點對11-12V進去掃描測試,步進設置為10mV(前面測試時是100mV步進)



這樣的測試下來會有101組更精細的數據。



這下不需要仔細看了,紋波都大起來了,整個過程的占空比都是非線性跳變的了。


其中,最高的紋波超過了正常的3倍以上。

在這一組的數據測試中,我追加了示波器對波形屏幕截圖。


接下來看看波形。。。

2018/03/23 00:58:57
3
javike[榮譽版主]
電源幣:2919 | 積分:67 主題帖:172 | 回復帖:3097
LV12
元帥

101組數據對應的101張波形截圖。

這要是手動去操作示波器截圖,那估計得折騰一天,有了BenchVue那就是分分鐘的事情了。


從波形圖中可以看錯,開始的幾張和后面的幾張波形都比較穩定,而中間那些跳變就非常厲害了。


直接通過導出的EXCEL表格中打開數據對應的波形超鏈接就可以打開對應的波形圖。


先看一張11V和12V時的波形:


11V和12V看起來還比較穩定。

同時,檢測到交錯的2路頻率也很一致。




再來看看Vpp最高的那張圖:

紋波跳變非常大,交錯的2路開關頻率都不一致了,有震蕩的情況。

這就是交錯架構在占空比為50%左右時出現頂流現象導致的。

對BUCK而言,理論上占空比僅由輸入和輸出電壓決定,

但在實際工作時,電感、MOSFET、以及線路都會產生壓降,導致這個占空比與理論值有偏差,

所以前面測試10A和20A負載時,出現頂流現象的輸入電壓范圍不一樣,

這也導致了工程師在實際測試產品時不嚴謹的測試可能無法察覺到這個現象。

比如:一個9-18V或者9-36V的標準模塊電源,通常測試就是額定輸入電壓和最高最低輸入電壓做個基本測試,再或者是1V為步進來測試,都發現不了這個問題,

而,如果做更細致的測試,那工作量將是巨大的,需要不停的調節輸入電壓并測試和查看波形。。。。如果要生成報告,需要大量的時間測試,同時也需要大量的時間來整理這些測試數據。

有了BenchVue就簡單多了,開始測試就不用管了,全自動執行,喝杯水回來就完成了。


關于本測試中用到的示波器,可以移步查看我之前的測評帖:極速體驗和超凡可用性打造全效功能的全新體驗——是德科技MSOX4154A測評

萬用表采用的是德(安捷倫/惠普)的6位半臺式萬用表34401A,

直流電源采用的是德(安捷倫)的N5765 0-30V/0-50A/1500W可編程直流電源。


在此借助是德科技的MSOX4154A示波器洞悉了關于交錯50%占空比頂流這個現象,不過這也的確是個世界難題。


有趣、有料、有驚喜——是德感恩月第三季



2018/03/23 22:17:59
7
javike[榮譽版主]
電源幣:2919 | 積分:67 主題帖:172 | 回復帖:3097
LV12
元帥

世界難題已經洞悉完了。

當然,在設計時也是有解決的途徑的。

如果大家有興趣,可以回帖交流。

不論是測試技術,還是電源技術,您頂帖是我分享的動力。


2018/03/27 09:52:07
8
Schoolchild
電源幣:0 | 積分:0 主題帖:5 | 回復帖:124
LV5
營長
學習了!
2018/03/23 08:31:42
4
154600[實習版主]
電源幣:271 | 積分:63 主題帖:28 | 回復帖:488
LV9
軍長
坐等聽課
2018/03/23 09:13:56
5
XHH9062[實習版主]
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LV7
旅長

已經準備好小板凳,期待更新

2018/03/23 09:24:03
6
電源網-璐璐
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LV10
司令
2018/05/30 14:31:26
9
shanghaiweiji
電源幣:0 | 積分:1 主題帖:20 | 回復帖:333
LV7
旅長

版主  這個注入變壓器可以配  1102G 測試環路嗎?

2018/06/20 08:56:58
10
erjian
電源幣:0 | 積分:3 主題帖:1 | 回復帖:28
LV3
排長
???交錯buck占空比大于50%,都會出現這個頂流嗎?那小于50%的,還需要均流嗎?
2018/12/10 13:31:14
11
firefox886
電源幣:233 | 積分:5 主題帖:9 | 回復帖:645
LV9
軍長
這個問題怎么解決呢?
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