標題利用泰克電源測試套件高效率應對LED照明測試挑戰

在中國及全球各大主流媒體對2010年及未來若干年內的熱點應用的預測中，LED照明成為了“英雄所見略同”的當然之選。這背后除了LED照明的節能效應迎合了當前環保、低碳的全球熱點關鍵詞外，更因為全球LED產業近年來的快速發展以及背后巨大的市場空間。iSuppli公司的研究數據顯示，2009年全球LED營業收入預計從2008年的67億美元上升到74億美元（而同期的半導體市場預計因全球經濟放緩而萎縮12.4%），預計到2013年全球LED市場將達到143億美元，比2009年增長近一倍。

 

盡管LED的應用可望日益普及，但在LED驅動電源的設計中仍面臨諸多挑戰，恰當的LED測試方法將幫助工程師快速應對這些挑戰。目前，LED電源以開關電源為主，LED的電性能測試與開關電源的電性能測試基本相同，但更加側重電流測試。LED測試工具和方法多種多樣，本文將從測試工具套件的選擇說起，介紹泰克電源測試套件的特點以及在LED關鍵參數測試中的應用。

 

電流的測試主要包括以下測試項目：電源質量測量，涉及RMS值、波峰因數、真實功率、無功功率、視在功率、功率因數及電壓和電流相角測量；諧波測量，包括THD-F、THD-R和RMS測量及每個諧波的幅度和相位，根據IEC 61000-3-2標準進行測試；開關損耗測量，包括開、關、傳導損耗和總功率及能量損耗；安全工作區；紋波測量；調制分析；BH曲線分析。

 

過去，對電源的特性測試通常由數字萬用表測量靜態電流和電壓參數，然后通過計算器或計算機進行繁瑣的運算才能實現。而今天工程師可以借助先進的高性能示波器作為電源的測試平臺。在進行示波器的選型時，測試工程師必須考慮以下基本性能：基本帶寬和采樣率；足夠的記錄長度；至少雙通道以實現電源測量；具有包括差分探頭、單端探頭和電流探頭在內的多種探頭以實現多種參數準確測量；等等。

 

以開關信號上升時間為5納秒的電源為例，為實現準確測量，示波器的上升時間必須低至1納秒，這意味著示波器的帶寬必須達到350MHz。示波器的采樣率和記錄長度（存儲器深度）決定了在某段時間內采集信號的能力，對于很多開關電源測試來說，通常需要采集四分之一或半周期信號，某些甚至需要采集全周期信號。對于50Hz的工頻信號來說，半周期為10mS，在每秒1G次采樣的條件下，需要10M的記錄長度，這是很多示波器不能達到的性能。而更重要的是，單獨利用數字示波器要實現上述的眾多參數的手動測試無疑工作量巨大，而且很多參數很難以實現準確測量，有必要采用包括電源分析應用軟件模塊、測試探頭在內的完整電源測試套件以有效克服這些問題。

 

作為全球領先的示波器提供商，泰克長期以來在電源測試領域建立了廣泛的產品和技術優勢，因而在當前的LED測試市場奠定了明顯的技術優勢。泰克數年前推出的基于DPO/MSO4000和MSO/DPO3000系列示波器的全套電源測試方案已經在LED測試領域獲得大量成功應用，該套方案包括業內最完整的各種探頭、自動測試和分析的應用軟件。MSO/DPO4000和MSO/DPO3000系列示波器由于其獨有的強大功能，如 Wave Inspector搜索和導航工具、TekVPI探頭接口和集成的特定協議分析模塊等，已成為工程師提高電源設計和生產效率的領先系統。而DPOxPWR電源分析模塊將示波器轉變為應對電源設計挑戰的集采集、顯示和分析為一體的強大解決方案，此模塊可直接安裝在主體示波器上，實現了單鍵自動測試，不需要使用專用接口或外部PC。

 

此外，該套件解決方案在以下方面具有突出的優勢：長記錄長度（DPO/MSO4000和3000系列分別為10M和5M的記錄長度），因而可以高采樣率來捕獲電源測量的整個周期；利用Wave Inspector功能支持捕捉負載變化事件，追蹤瞬態功率值，將瞬態功率點與相應的時域波形對應分析放大波形細節，方便進行電源系統分析；高級數學計算定義了全面的代數表達式，自動計算功率等測試結果；串行總線分析和觸發支持電源中SMBus，舞臺燈光上RS485等低速串行總線的自動觸發、解碼和搜索；自動校正探頭偏移，保證最大的結果測量精度；PWR功率分析應用軟件模塊直接安裝于示波器中，實現自動測量電源質量、開關損耗、諧波、安全工作區、調制和波紋等, 提供了快速準確的結果；完善的探頭測試方案（電流探頭測量1mA–150ARMS或500Apeak的AC和DC電流；高速差分探頭，高達1 GHz的帶寬，測量±42 V的差分信號；高壓探頭，測量高達5600V的差分信號或高達20 kV的參考接地信號）。

 

DPOxPWR電源測量和分析軟件把泰克數字示波器轉換成完善的分析工具，可以迅速測量和分析電源開關器件和磁性元件中的功耗，然后以定制格式生成詳細的測試報告。DPOxPWR在與泰克MSO/DPO4000或MSO/DPO3000系列示波器和差分電壓探頭和電流探頭一起使用時，為電源設計和測量提供了完整的測量系統。利用DPOxPWR獨特的開關損耗和B-H分析功能，您只需按一個鍵，就可以測量開關器件和磁性元件的功耗。泰克示波器的高帶寬、高采樣率和深存儲器與DPOxPWR相結合，可以測量開關器件和磁性元件上的功率損耗，有效精確地檢定開關電源特點。它支持模板測試功能，可以測量峰值通量密度，使用安全工作區分析開關電源的元件級可靠性。

 

 

 

消磁的目的是消除探頭鐵芯內的寄生磁場，否則將造成零點的漂移和測量誤差。每次進行消磁后都需要調節探頭的零點平衡，消除存在的偏移。消磁與平衡調節步驟在相關的資料手冊中有完整說明，這里不再贅述。

 

為進行LED電源測量，必須測量流經開關器件的電壓和流經開關器件的電流，因此要求采用電壓探頭和電流探頭兩個分立的探頭。然而由于每個探頭都有自己的特性傳播延遲，這種傳播延遲的不一致導致偏移。測量的功率是電壓與電流值的乘積，因此這種延遲偏移必然帶來諸如開關損耗等測量結果的偏差，必須消除這種偏移。泰克電源測試套件提供了泰克獨有的強大靜態時間偏移校正功能（+/-100ns），支持所有泰克探頭。為動態地消除探頭偏移，您可以選用一個去偏移套件，包括偏移校正脈沖發生器、電源測量偏移校正夾具，偏移校正脈沖發生器用于對校正夾具產生一個激勵信號，該信號將傳遞到電壓和電流探頭，專用夾具測量電壓與電流通道波形的偏差，通過調整或抵消偏差從而實現電壓和電流波形在時間上對齊。

 

紋波是加在直流輸出電壓上的交流電壓，也是LED電源測試中的一個非常重要測量參數。紋波電流越大，電源成本就越低，但光輸出會因此受到影響，而且會提高LED結溫進而影響LED性能，甚至嚴重降低LED的使用壽命（經驗顯示，結溫每升高10℃使用壽命就縮短一半）。

 

MSO/DPO4000和MSO/DPO3000系列示波器支持自動的紋波測試。通過去除輸出波形中的直流分量，示波器計算剩余交流分量的均方根值，并繼續計算后續波形采集到的RMS輸出電壓紋波來獲得統計結果，包括平均值、最小值、最大值和所有采樣累計的標準偏差。

 

事實上，輸入電壓和電流波形并不是完全一樣的，因為實際環境中的交流電源永遠不會提供理想的正弦波，而開關電源是相對非線性負載，在輸入電流波形上將生成諧波。電源質量特點決定著電源的“健康”狀況，決定著非線性負載導致的失真影響。DPOxPWR電源應用軟件使用自動測量功能可以輕松實現電源質量測量，并提供一個全面的測量結果表，包括以下測量參數：VRMS和IRMS、電壓和電流峰值因數、真實功率、無功功率、視在功率和功率因數。

 

 

 

簡單的LED電源開關損耗測量是測量流經開關器件的電壓及流經開關器件的電流。測試方法非常簡單，利用兩個差分探頭分別測量開關器件兩端的電壓以及流過開關器件的電流。電源分析軟件DPOxPWR將計算開損耗、關斷損耗和傳導損耗。需要指出的是，為確保電壓波形和電流波形之間的定時準確，必須確保已經消除電流和電壓探頭的延遲偏移。

 

 

隨著世界各地采用電流諧波標準最大限度地提高現有總發電容量的效率，滿足電流諧波質量標準IEC EN61000-3-2、EN61000-3-2 AM14至關重要。通過泰克電源測試套件的DPOxPWR電源分析軟件的預一致性測試功能，根據這些標準測試電源設計，可以縮短開發和測試時間。DPOxPWR可以設置電流探頭和電壓探頭的單位和標度系數，以相應單位獲得結果讀數。而自動偏移校正功能可以幫助您獲得準確的結果。

 

 

泰克公司針對電源測試配套的TCP0030電流探頭提供了最簡單精確的測量方法，該探頭具有大動態范圍（1mA－30A），DC－120MHz的帶寬輕松捕獲高頻電流諧波。泰克完整的LED電源測試套件可以幫助您實現以下諧波測試項目的自動測試：THD-F、THD-R、波形的RMS電流測試。每次諧波測試以柱狀圖形式顯示以下參數：諧波階數、頻率、百分比、RMS值以及相位。