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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(gòu)的頂流

前幾天剛發(fā)現(xiàn)Keysight BenchVue推出了2018版的了，趕緊升級體驗一把。。。

在對電源系統(tǒng)穩(wěn)定性進行測試，我個人對Keysight BenchVue是大愛，能幫助我節(jié)省很多寶貴的測試驗證時間，同時還能助我發(fā)現(xiàn)一般測試很難觀察到的穩(wěn)定性和可靠性問題。

交錯架構(gòu)的應(yīng)用在電源上已經(jīng)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(fā)的交錯全橋逆變關(guān)注度也非常高（【原創(chuàng)】３０００Ｗ全橋交錯式超低待機功耗高頻逆變器的設(shè)計）

而交錯架構(gòu)的好處很多人都有認識到，那么，交錯架構(gòu)真的就沒有BUG嗎？

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

_T_00415

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。


_T_00417

采用HP 34401A和AG34401A監(jiān)測輸入和輸出電壓



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采樣Keysight N5765A作為輸入電壓源。


然后開啟Keysight BenchVue

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                                             V


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2018版的BenchVue這個提示畫面升級了


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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(diào)用多臺儀器設(shè)備做系統(tǒng)級的聯(lián)合測試，而且這個功能還免費。




那么，就用Test Flow了。。。

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首先把示波器、2臺萬用表、電源，都聯(lián)機進來。

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


我現(xiàn)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。






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BenchVue Test Flow中這些功能都是可以調(diào)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(guān)電源穩(wěn)定性的系統(tǒng)級測量工具——是德科技BenchVue軟件測評


接下來設(shè)定測試程序：


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設(shè)置程序和相關(guān)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(qū)動占空比。

全部回復(fù)(10)
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2018-03-23 00:57

負載10A，輸入10-15A，步進0.1V，測試需要51步，也就時有51組數(shù)據(jù)。

在BenchVue Test Flow的右上有測試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

查看導(dǎo)出的數(shù)據(jù)：

仔細看：


從這些數(shù)據(jù)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(xiàn)非線性。


接下來，測試20A時的情況：


20A測試，同樣時51組數(shù)據(jù)，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(xiàn)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(xiàn)在出現(xiàn)在11-12V的范圍了。


那么，是什么原因?qū)е碌哪兀?/span>

就這幾個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中，雖然是幾個數(shù)據(jù)在非線性跳變，但跳變的數(shù)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(shù)據(jù)。

不過，對于20A的負載下，我們已經(jīng)可以確定的是：這個非線性的跳變出現(xiàn)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(shè)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(shù)據(jù)。



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(shù)據(jù)測試中，我追加了示波器對波形屏幕截圖。


接下來看看波形。。。

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2018-03-23 00:58
@javike
[圖片]負載10A，輸入10-15A，步進0.1V，測試需要51步，也就時有51組數(shù)據(jù)。在BenchVueTestFlow的右上有測試數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。查看導(dǎo)出的數(shù)據(jù)：[圖片]仔細看：[圖片]從這些數(shù)據(jù)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(xiàn)非線性。接下來，測試20A時的情況：[圖片]20A測試，同樣時51組數(shù)據(jù)，在BenchVueTestFlow中同樣可以直觀的看到這些非線性變化的曲線。[圖片]再來仔細看：[圖片]仍然是出現(xiàn)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：[圖片]現(xiàn)在出現(xiàn)在11-12V的范圍了。那么，是什么原因?qū)е碌哪?？就這幾個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中，雖然是幾個數(shù)據(jù)在非線性跳變，但跳變的數(shù)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(shù)據(jù)。不過，對于20A的負載下，我們已經(jīng)可以確定的是：這個非線性的跳變出現(xiàn)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(shè)置為10mV（前面測試時是100mV步進）[圖片]這樣的測試下來會有101組更精細的數(shù)據(jù)。[圖片]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。[圖片]其中，最高的紋波超過了正常的3倍以上。在這一組的數(shù)據(jù)測試中，我追加了示波器對波形屏幕截圖。接下來看看波形。。。

101組數(shù)據(jù)對應(yīng)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(wěn)定，而中間那些跳變就非常厲害了。


直接通過導(dǎo)出的EXCEL表格中打開數(shù)據(jù)對應(yīng)的波形超鏈接就可以打開對應(yīng)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(wěn)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(guān)頻率都不一致了，有震蕩的情況。

這就是交錯架構(gòu)在占空比為50%左右時出現(xiàn)頂流現(xiàn)象導(dǎo)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(chǎn)生壓降，導(dǎo)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(xiàn)頂流現(xiàn)象的輸入電壓范圍不一樣，

這也導(dǎo)致了工程師在實際測試產(chǎn)品時不嚴謹?shù)臏y試可能無法察覺到這個現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(diào)節(jié)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(shù)據(jù)。

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


關(guān)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(guān)于交錯50%占空比頂流這個現(xiàn)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



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2018-03-23 08:31
坐等聽課
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2018-03-23 09:13

已經(jīng)準備好小板凳，期待更新

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2018-03-23 09:24
帥
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2018-03-23 22:17
@javike
[圖片]101組數(shù)據(jù)對應(yīng)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(wěn)定，而中間那些跳變就非常厲害了。直接通過導(dǎo)出的EXCEL表格中打開數(shù)據(jù)對應(yīng)的波形超鏈接就可以打開對應(yīng)的波形圖。先看一張11V和12V時的波形：[圖片][圖片]11V和12V看起來還比較穩(wěn)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：[圖片]紋波跳變非常大，交錯的2路開關(guān)頻率都不一致了，有震蕩的情況。這就是交錯架構(gòu)在占空比為50%左右時出現(xiàn)頂流現(xiàn)象導(dǎo)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(chǎn)生壓降，導(dǎo)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(xiàn)頂流現(xiàn)象的輸入電壓范圍不一樣，這也導(dǎo)致了工程師在實際測試產(chǎn)品時不嚴謹?shù)臏y試可能無法察覺到這個現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(diào)節(jié)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(shù)據(jù)。有了BenchVue就簡單多了，開始測試就不用管了，全自動執(zhí)行，喝杯水回來就完成了。關(guān)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N57650-30V/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(guān)于交錯50%占空比頂流這個現(xiàn)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

世界難題已經(jīng)洞悉完了。

當(dāng)然，在設(shè)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(shù)，還是電源技術(shù)，您頂帖是我分享的動力。


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2018-03-27 09:52
@javike
世界難題已經(jīng)洞悉完了。當(dāng)然，在設(shè)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(shù)，還是電源技術(shù)，您頂帖是我分享的動力。[圖片]
學(xué)習(xí)了！
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2018-05-30 14:31

版主  這個注入變壓器可以配  1102G 測試環(huán)路嗎？

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erjian
LV.3
10
2018-06-20 08:56
???交錯buck占空比大于50%，都會出現(xiàn)這個頂流嗎？那小于50%的，還需要均流嗎？
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2018-12-10 13:31
這個問題怎么解決呢？
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