标题利用泰克电源测试套件高效率应对LED照明测试挑战

在中国及全球各大主流媒体对2010年及未来若干年内的热点应用的预测中，LED照明成为了“英雄所见略同”的当然之选。这背后除了LED照明的节能效应迎合了当前环保、低碳的全球热点关键词外，更因为全球LED产业近年来的快速发展以及背后巨大的市场空间。iSuppli公司的研究数据显示，2009年全球LED营业收入预计从2008年的67亿美元上升到74亿美元（而同期的半导体市场预计因全球经济放缓而萎缩12.4%），预计到2013年全球LED市场将达到143亿美元，比2009年增长近一倍。

 

尽管LED的应用可望日益普及，但在LED驱动电源的设计中仍面临诸多挑战，恰当的LED测试方法将帮助工程师快速应对这些挑战。目前，LED电源以开关电源为主，LED的电性能测试与开关电源的电性能测试基本相同，但更加侧重电流测试。LED测试工具和方法多种多样，本文将从测试工具套件的选择说起，介绍泰克电源测试套件的特点以及在LED关键参数测试中的应用。

 

电流的测试主要包括以下测试项目：电源质量测量，涉及RMS值、波峰因数、真实功率、无功功率、视在功率、功率因数及电压和电流相角测量；谐波测量，包括THD-F、THD-R和RMS测量及每个谐波的幅度和相位，根据IEC 61000-3-2标准进行测试；开关损耗测量，包括开、关、传导损耗和总功率及能量损耗；安全工作区；纹波测量；调制分析；BH曲线分析。

 

过去，对电源的特性测试通常由数字万用表测量静态电流和电压参数，然后通过计算器或计算机进行繁琐的运算才能实现。而今天工程师可以借助先进的高性能示波器作为电源的测试平台。在进行示波器的选型时，测试工程师必须考虑以下基本性能：基本带宽和采样率；足够的记录长度；至少双通道以实现电源测量；具有包括差分探头、单端探头和电流探头在内的多种探头以实现多种参数准确测量；等等。

 

以开关信号上升时间为5纳秒的电源为例，为实现准确测量，示波器的上升时间必须低至1纳秒，这意味着示波器的带宽必须达到350MHz。示波器的采样率和记录长度（存储器深度）决定了在某段时间内采集信号的能力，对于很多开关电源测试来说，通常需要采集四分之一或半周期信号，某些甚至需要采集全周期信号。对于50Hz的工频信号来说，半周期为10mS，在每秒1G次采样的条件下，需要10M的记录长度，这是很多示波器不能达到的性能。而更重要的是，单独利用数字示波器要实现上述的众多参数的手动测试无疑工作量巨大，而且很多参数很难以实现准确测量，有必要采用包括电源分析应用软件模块、测试探头在内的完整电源测试套件以有效克服这些问题。

 

作为全球领先的示波器提供商，泰克长期以来在电源测试领域建立了广泛的产品和技术优势，因而在当前的LED测试市场奠定了明显的技术优势。泰克数年前推出的基于DPO/MSO4000和MSO/DPO3000系列示波器的全套电源测试方案已经在LED测试领域获得大量成功应用，该套方案包括业内最完整的各种探头、自动测试和分析的应用软件。MSO/DPO4000和MSO/DPO3000系列示波器由于其独有的强大功能，如 Wave Inspector搜索和导航工具、TekVPI探头接口和集成的特定协议分析模块等，已成为工程师提高电源设计和生产效率的领先系统。而DPOxPWR电源分析模块将示波器转变为应对电源设计挑战的集采集、显示和分析为一体的强大解决方案，此模块可直接安装在主体示波器上，实现了单键自动测试，不需要使用专用接口或外部PC。

 

此外，该套件解决方案在以下方面具有突出的优势：长记录长度（DPO/MSO4000和3000系列分别为10M和5M的记录长度），因而可以高采样率来捕获电源测量的整个周期；利用Wave Inspector功能支持捕捉负载变化事件，追踪瞬态功率值，将瞬态功率点与相应的时域波形对应分析放大波形细节，方便进行电源系统分析；高级数学计算定义了全面的代数表达式，自动计算功率等测试结果；串行总线分析和触发支持电源中SMBus，舞台灯光上RS485等低速串行总线的自动触发、解码和搜索；自动校正探头偏移，保证最大的结果测量精度；PWR功率分析应用软件模块直接安装于示波器中，实现自动测量电源质量、开关损耗、谐波、安全工作区、调制和波纹等, 提供了快速准确的结果；完善的探头测试方案（电流探头测量1mA–150ARMS或500Apeak的AC和DC电流；高速差分探头，高达1 GHz的带宽，测量±42 V的差分信号；高压探头，测量高达5600V的差分信号或高达20 kV的参考接地信号）。

 

DPOxPWR电源测量和分析软件把泰克数字示波器转换成完善的分析工具，可以迅速测量和分析电源开关器件和磁性元件中的功耗，然后以定制格式生成详细的测试报告。DPOxPWR在与泰克MSO/DPO4000或MSO/DPO3000系列示波器和差分电压探头和电流探头一起使用时，为电源设计和测量提供了完整的测量系统。利用DPOxPWR独特的开关损耗和B-H分析功能，您只需按一个键，就可以测量开关器件和磁性元件的功耗。泰克示波器的高带宽、高采样率和深存储器与DPOxPWR相结合，可以测量开关器件和磁性元件上的功率损耗，有效精确地检定开关电源特点。它支持模板测试功能，可以测量峰值通量密度，使用安全工作区分析开关电源的元件级可靠性。

 

 

 

消磁的目的是消除探头铁芯内的寄生磁场，否则将造成零点的漂移和测量误差。每次进行消磁后都需要调节探头的零点平衡，消除存在的偏移。消磁与平衡调节步骤在相关的资料手册中有完整说明，这里不再赘述。

 

为进行LED电源测量，必须测量流经开关器件的电压和流经开关器件的电流，因此要求采用电压探头和电流探头两个分立的探头。然而由于每个探头都有自己的特性传播延迟，这种传播延迟的不一致导致偏移。测量的功率是电压与电流值的乘积，因此这种延迟偏移必然带来诸如开关损耗等测量结果的偏差，必须消除这种偏移。泰克电源测试套件提供了泰克独有的强大静态时间偏移校正功能（+/-100ns），支持所有泰克探头。为动态地消除探头偏移，您可以选用一个去偏移套件，包括偏移校正脉冲发生器、电源测量偏移校正夹具，偏移校正脉冲发生器用于对校正夹具产生一个激励信号，该信号将传递到电压和电流探头，专用夹具测量电压与电流通道波形的偏差，通过调整或抵消偏差从而实现电压和电流波形在时间上对齐。

 

纹波是加在直流输出电压上的交流电压，也是LED电源测试中的一个非常重要测量参数。纹波电流越大，电源成本就越低，但光输出会因此受到影响，而且会提高LED结温进而影响LED性能，甚至严重降低LED的使用寿命（经验显示，结温每升高10℃使用寿命就缩短一半）。

 

MSO/DPO4000和MSO/DPO3000系列示波器支持自动的纹波测试。通过去除输出波形中的直流分量，示波器计算剩余交流分量的均方根值，并继续计算后续波形采集到的RMS输出电压纹波来获得统计结果，包括平均值、最小值、最大值和所有采样累计的标准偏差。

 

事实上，输入电压和电流波形并不是完全一样的，因为实际环境中的交流电源永远不会提供理想的正弦波，而开关电源是相对非线性负载，在输入电流波形上将生成谐波。电源质量特点决定着电源的“健康”状况，决定着非线性负载导致的失真影响。DPOxPWR电源应用软件使用自动测量功能可以轻松实现电源质量测量，并提供一个全面的测量结果表，包括以下测量参数：VRMS和IRMS、电压和电流峰值因数、真实功率、无功功率、视在功率和功率因数。

 

 

 

简单的LED电源开关损耗测量是测量流经开关器件的电压及流经开关器件的电流。测试方法非常简单，利用两个差分探头分别测量开关器件两端的电压以及流过开关器件的电流。电源分析软件DPOxPWR将计算开损耗、关断损耗和传导损耗。需要指出的是，为确保电压波形和电流波形之间的定时准确，必须确保已经消除电流和电压探头的延迟偏移。

 

 

随着世界各地采用电流谐波标准最大限度地提高现有总发电容量的效率，满足电流谐波质量标准IEC EN61000-3-2、EN61000-3-2 AM14至关重要。通过泰克电源测试套件的DPOxPWR电源分析软件的预一致性测试功能，根据这些标准测试电源设计，可以缩短开发和测试时间。DPOxPWR可以设置电流探头和电压探头的单位和标度系数，以相应单位获得结果读数。而自动偏移校正功能可以帮助您获得准确的结果。

 

 

泰克公司针对电源测试配套的TCP0030电流探头提供了最简单精确的测量方法，该探头具有大动态范围（1mA－30A），DC－120MHz的带宽轻松捕获高频电流谐波。泰克完整的LED电源测试套件可以帮助您实现以下谐波测试项目的自动测试：THD-F、THD-R、波形的RMS电流测试。每次谐波测试以柱状图形式显示以下参数：谐波阶数、频率、百分比、RMS值以及相位。