脈沖寬度調制(PWM)器件的測試(圖)

pwm器件概述
　　pwm器件是隨著開關電源的發(fā)展和半導體集成技術的發(fā)展而出現(xiàn)的。開關電源是一種高頻電源轉換電路，采用開關器件來控制未經穩(wěn)壓的直流輸入電源，配合相應的濾波線路，產生穩(wěn)定的直流輸出，輸出電壓的高低取決于開關器件的占空比。早期的開關電源采用分立器件，但結構復雜，性能也不理想。隨著半導體技術的發(fā)展，開關電源控制所需的集成開關穩(wěn)壓器控制芯片應運而生，這就是脈沖寬度調制（pwm）器件，而且功能不斷完善，性能不斷提高，而外接元件卻越來越少，這使得開關電源的設計大大簡化，同時性能逐步提高，促進了開關電源的發(fā)展。用pwm器件設計的開關電源以其體積小、重量輕、效率高、可靠性好等顯著優(yōu)勢在民用和軍用電子產品中發(fā)揮著日益重要的作用。

　　pwm器件的功能
　　pwm器件的種類比較多，功能上也有所差別。pwm器件是根據(jù)輸出反饋，調節(jié)脈沖方波的占空比，以此來驅動功率器件、高頻變壓器、整流、濾波等電路，從而得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，pwm器件在開關電源中完成脈寬調制作用，大多數(shù)pwm器件還具有工作電壓的滯回、軟啟動、快速關閉、電流限制等輔助功能，只需外接少數(shù)阻容元件、分立器件和輸出高頻變壓器即可實現(xiàn)性能比較理想的開關電源。

　　pwm器件的結構
　　pwm器件的內部結構比較復雜，不同種類pwm器件的結構也不完全相同。大多數(shù)pwm器件都具有基準電壓部分、振蕩部分、調寬控制部分、誤差放大部分、電流限制部分、輸出部分等，另外，有的種類還有軟啟動控制部分、快速關閉部分、欠壓鎖定部分等輔助部分。圖1為適用于高頻功率mos管驅動的uc1525a/27a的內部結構框圖。

pwm器件的測試
　　pwm器件測試的難點
　　pwm器件集成度高、結構復雜，這給它的性能、參數(shù)測試帶來了很大的難度。
　　首先要了解pwm器件的工作原理、器件內部各部分的原理以及相互之間的關系，從而才能設計各個參數(shù)的測試原理和合理的測試方法。
　　對pwm器件內部各個相對獨立部分的相關參數(shù)進行測試，都需要有針對的專用測試線路。而且pwm器件的參數(shù)包含了不同類型的物理量，如頻率量、時間量、電壓量、電流量等，另外還包含某些需要掃描測試的閾值量。
　　在對器件某一部分的參數(shù)進行測試時，有可能受到其他電路的影響，這就要求在對某一部分的參數(shù)進行測試時，系統(tǒng)還要具備對器件的其他部分電路進行控制和設置的能力。
　　pwm器件的某些參數(shù)測試信號比較微弱，要求測試相應測試線路與被測試量點之間的距離不能過大，否則會影響參數(shù)測試的精度和穩(wěn)定性，要求測試線路必須采用緊湊的結構。同時要通過功能強大、切換靈活的測量矩陣來完成各個待測量點與各個專用測試線路之間的切換，以滿足測試系統(tǒng)對各種參數(shù)的測試要求。
　　pwm器件工作時會有高頻脈沖產生，在測試pwm器件的頻率、占空比參數(shù)時也需要有高頻的時鐘信號，這些高頻信號會干擾和影響參數(shù)測試，因此測試系統(tǒng)從原理設計、結構設計到pcb板布局、布線都必須充分考慮系統(tǒng)的抗干擾問題。
　　基于上面的原因和其他的一些因素，目前國內尚沒有一套比較理想的系統(tǒng)能夠比較全面地對pwm器件的參數(shù)進行測試。國外的一些大型測試系統(tǒng)，還要配置一些專門的硬件模塊并單獨開發(fā)較為復雜的軟件包才能測試pwm器件，而一般用戶難于自行開發(fā)相應的硬件和軟件。有些測試系統(tǒng)雖然有用于pwm器件測試的可選模塊和相應的編程軟件平臺，但僅能提供十幾個參數(shù)的測試，無法很好地滿足pwm器件生產和應用單位的測試要求。
　　pwm器件的測試原理
　　sts 2110b脈沖寬度調制（pwm）器件測試系統(tǒng)對各種典型pwm器件（例如tl494a、sg3524、sg3525a、sd3842a等）進行大量原理性實驗，對pwm器件的特性和各種參數(shù)作了比較深入的試驗，具有針對pwm器件各部分的測試電路。
　　由于pwm器件基準部分輸出電壓為5v，而電壓調整率和負載調整率參數(shù)的值一般很小，僅幾個毫伏，如果直接測量，可能使一個很小的電壓變化附加在一個相對大的固定電壓上，測量精度不高。sts 2110系統(tǒng)采用d/a給出參考電壓5v，然后通過高靈敏度的差分放大電路測量基準電壓相對參考電壓的變化，使測量靈敏度和精度大大提高。圖2為基準部分調整率參數(shù)的測試原理圖。
　　pwm器件的誤差放大部分相當于運算放大器，采用輔助運放閉環(huán)測量的原理測試它的各個閉環(huán)參數(shù)。圖3為誤差放大部分閉環(huán)參數(shù)的測試原理圖。
 
　　pwm器件通常采用外部阻容網絡與芯片內的波形發(fā)生器配合產生振蕩波形，系統(tǒng)在測試適配器上安排了三組阻容網，可程控接入pwm芯片，以設定和改變器件的振蕩頻率。另外通過對pwm器件的控制可使其在開環(huán)狀態(tài)下分別工作于占空比最窄和最寬的工作狀態(tài)。系統(tǒng)采用石英晶振作為頻率標準，采用超大規(guī)模epld器件實現(xiàn)脈沖計數(shù)法，并通過軟件處理完成對頻率量和占空比的測試。圖4為振蕩部分和pwm部分參數(shù)的測試原理圖。
 
　　pwm器件有一些閾值參數(shù)（例如軟啟動低電平、工作電壓啟動閾值、工作電壓下限閾值等），需要對器件的某些輸入端或電源端進行電壓掃描，用以判定掃描電壓和器件內部狀態(tài)翻轉的關系，同時還要有狀態(tài)設定單元和電平檢測單元，分別用于設定芯片的工作狀態(tài)和讀取器件的閾值點。圖5為閾值參數(shù)的掃描測試原理圖。
　　sts 2110b脈沖寬度調制器件測試系統(tǒng)在總體結構上，采用兩級分布式測試系統(tǒng)結構，上位機為主控計算機，用于測試軟件的管理，用戶編程，測試數(shù)據(jù)的即時顯示、統(tǒng)計、存盤和打印，測試程序的調入等。下位機包括測試儀主機、測試盒以及測試適配器等部件，根據(jù)上位機發(fā)送的測試程序，完成pwm器件測試的具體過程。圖6為整個系統(tǒng)的原理框圖。
　　測試儀主機采用了由系統(tǒng)總線支持的模塊化結構，系統(tǒng)可分為系統(tǒng)控制模塊，a/d、d/a轉換模塊，程控電壓源模塊，精密測量模塊，器件測試模塊和測量矩陣模塊等幾大部分。器件測試模塊單元中又包含了調整率測量單元、誤差放大器測量單元、振蕩參數(shù)測量單元、閾值參數(shù)測量單元、狀態(tài)設置單元等幾個部分。

結論
　　sts2110b脈沖寬度調制（pwm）器件測試系統(tǒng)適用于電壓模式型、電流模式型、雙端輸出型、單端輸出型等各種類型pwm器件的參數(shù)測試，全面覆蓋pwm器件內部的電壓基準、誤差放大、電流限制、振蕩、脈寬調制、啟動、關閉、總體等各部分的參數(shù)。同時，系統(tǒng)可提供常用pwm器件的測試適配器及相應測試軟件，用戶也可利用系統(tǒng)提供的基于windows的非語言化交互式編程平臺方便地編制測試程序。
　　經過生產調試，該系統(tǒng)達到了預計的設計要求，測試精度和穩(wěn)定性完全滿足生產商和用戶的測試要求。