电气工程测试技术创新实验平台 To change the title slide image:

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1 电气工程测试技术创新实验平台 To change the title slide image:
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2 Agenda 电气工程测试实验平台的建设 实验平台的内容 器件测试平台：电池、功率器件测试
功率电子产业链分布和发展状况 搭建创新实验平台的目的 功率电子设备/器件的测试 实验平台的内容 器件测试平台：电池、功率器件测试 电源模块调试分析平台：电源开关损耗测试，PFC电路测试，效率和待机功耗测试 电源整机测试平台：LED驱动电路测试，无线充电测试 新能源（三相电）测试平台：小功率三相光伏逆变器测试

3 功率电子产业链分布 市场对整个产业链提出更高要求，追求更高效率更低功耗 现代功率电子需要更低功耗和更高效率
原材料 器件 芯片 SMPS 应用 现代功率电子需要更低功耗和更高效率 电池 功率器件 电源管理芯片 电源模块 逆变器/充电桩 Stryker, BASF, Panasonic, Thermoanalytics Infineon, NXP, Denso TI, Magnachip Maxim, Apple, Nest, St Jude Medical, Thermal Fischer Bosch, Continental, Philips, Delta, Astec, PPI Power Tesla, BYD, 北汽新能源 技术进步体现在多个维度（电 压、电流、频率等），需要新的 测试技术手段支持 针对应用的测量需要更高的测量精 度，更快的速度，以及新的测试理 念和行业测试标准，帮助提高电源 效率，降低功耗 泰克的测量技术可以涵盖直流，时域 和射频测试，覆盖广泛的测试需求

4 电气工程测试平台搭建的意义 掌握从低功率到高功率，直流到射频电磁兼容的全面测试手段和方法 熟悉行业先进测试仪器和先进测量方法
为未来电力电子行业培养新一代的测试工程师 掌握从低功率到高功率，直流到射频电磁兼容的全面测试手段和方法 熟悉行业先进测试仪器和先进测量方法 了解产业动向，熟悉最新行业测试标准和测量方法 为大功率半导体器件，分布式发电，可再生能源，电动/混动汽车，无线电能传 输等行业培养新一代的电气测试工程师 掌握解决复杂工程问题的方法，增强动手能力和故障分析排查能力 熟悉自动化测试原理，掌握仪器仪表的编程控制方法，为智能化测试做好准备

5 吉时利参数曲线跟踪器和SourceMeter® SMU仪器
功率电子产品测试的核心设备 VIN VOUT 输入滤波器 交换机 整流器和滤波器 变压器 PWM 控制电路 反馈 AC/DC 泰克功率分析仪 最终设计测试 和一致性测试 DC/AC 吉时利参数曲线跟踪器和SourceMeter® SMU仪器 器件选择 泰克示波器 和功率探头 设计调试 So let’s put this all together. Here’s a diagram of a typical AC-DC power supply. Looking at the block diagram, the first step that designers go through is device selection. They must choose exactly which switching transistor, transformer, etc to put in to their design. This requires looking beyond the component datasheet, and truly characterizing the potential choices in the actual environment they’ll be used to see if they meet the need. For characterizing, and ultimately selecting the device, an SMU or Parametric Curve Tracer is a wise choice. An SMU provides the source and measure functions necessary for fully characterizing active and passive devices. The PCT integrates a number of SMUs with software and fixturing to create a complete solution. Once device selection is complete, the design engineer needs to troubleshoot their overall power design. This is where scope’s and probe’s come in to play. An oscilloscope coupled with power probes like current probes, high voltage probes, differential probes and power analysis software is the tool of choice for looking at the performance of a power conversion design, and troubleshooting problems. And when the design is complete, the final stage is system efficiency and compliance test. This requires taking the design to a compliance lab for official and fully traceable testing. Visits to compliance labs are not cheap, and every failure usually results in a 3-4 week delay in getting the device to market. A power analyzer provides a very accurate measurement system for looking at the performance of the design, and validating that it’ll meet industry standards. You can think of a power analyzer as a special, 4-channel wattmeter with software to simplify testing.

6 实验平台一：器件测试平台 实验内容： 产业发展方向： 了解电池和功率器件的前沿技术和发展方向，掌握直流特性的测试技术
实验A：锂离子电池的特性测试 实验B：功率器件的特性测试 产业发展方向： 三元聚合物锂离子电池 更高的能量密度 更长的循环寿命 功率器件 新材料的发展：GaN, SiC, 宽禁带半导体材 料 更快的开关频率，更高的能量密度 新型功率器件：IGBT 更高电压电流工作条件 更节能更高效

7 实验A：电池性能测试 仪器设备： 待测件 了解电池性能评估的关键参数和测量方法 2450 源表 LCR 表测试电池内阻
18650 锂离子电池 实验目的 了解锂离子电池的工作特性，充放电曲线 了解锂离子电池的关键测试指标：容量，内 阻，循环性能，电池保护特性 掌握锂离子电池特性的测试方法 CC 充电 CV 充电

8 实验A：电池性能测试 使用高精度源表进行冲/放电测试，采集电压电流电量数据 Charge Cycle Source
Discharge Cycle Load 24 August 2019

9 实验B：功率器件的测试 仪器设备： 待测件 掌握 二极管 / MOSFET / IGBT 的工作原理和测试方法
双通道源表或 PCT 系统，连接线，测试夹具 示波器 MDO3000，高压探头，电流探头 待测件 功率二极管，MOSFET，IGBT等 实验目的 了解功率器件的工作原理 了解功率器件的关键测试参数和典型指标 两线、四线法连接，脉冲测试法 测试功率器件的静态、动态特性参数

10 实验B：功率器件的测试 二极管和整流器 MOSFETs和JFETs 双极晶体管和IGBTs Triacs和SCRs、等等 典型的器件参数测试
曲线家族 (Vds-Id) 传递特点 (Vgs-Id) 开点电阻 (Rdson) 击穿电压 (BVdss, BVdg) 泄漏电流 (Idss, Igss) 前向电压 (Vf) 后向电压 (Vr) 后向泄漏 (Ir) 双极晶体管和IGBTs Triacs和SCRs、等等 闭锁电压 (Vdrm, Vrrm) 泄漏电流: (Idrm, Irrm) 保持电流 (IH) 闭锁电流 (IL) 饱和电压 (Vcesat) 曲线家族 (Vce-Ic) 击穿电压 (Vceo, Vebo, Vcbo) 泄漏电流 (Iceo, Ices, Iebo) DC电流增益 (hfe)

11 实验B：功率器件典型参数的测试 测试示例: VCES (BVCES) 测试示例: VCE (VCE(sat))
以意法半导体的一款 IGBT 来演示其静态、动态参数测试等 测试示例: VCES (BVCES) 测试示例: VCE (VCE(sat)) 其他: VGE (VGE(th))，ICES，IGES

12 实验平台二：电源模块的调试分析平台 实验内容： 产业发展方向： 了解不同拓扑结构电源模块的特性，掌握电源模块的调试与分析方法
实验A：开关电源效率提升的方法 实验B：电源抑制比和环路响应测试 实验C：电源纹波噪声的测试方法 实验D：电源开关损耗测试 实验E：APFC 的电路分析和性能研究 产业发展方向： 电源产品更高功率，更快速度，更高密度 要求电源完整性测试：开关损耗，纹波噪声，环路响 应 电源芯片追求更高的效率和更小的静态功耗 主动PFC 技术提高功率因数，降低功耗

13 实验A：电源效率提升的方法 仪器设备： 待测件 了解各类电源管理芯片的工作原理，掌握电源芯片静态参数（效率）的测量方法
双通道源表（或电源 + 电子负载） MDO3000示波器，TCP0030电流探头， DMM2000数字万用表 待测件 TI-PMLK 电源综合实验板 实验目的 了解不同拓扑结构电源芯片和工作原理 了解电源管理芯片的关键测试项目和指标含义：转换效率，静态 电流 更改电源工作条件测试对效率的影响

14 实验B：电源抑制比和环路响应测试 仪器设备： 待测件 需要测试的项目 通过测量电源环路响应了解环路稳定性
MDO3000示波器 + AFG选件 PICOTEST J2100A 信号注入器 待测件 TI-PMLK 电源综合实验板 需要测试的项目 上位机软件控制信号源将扫频信号输入到高阻抗 输入端口，使用示波器测量输出端的频率响应 计算PSRR(dB) = 20log(Vout/Vin) 计算 Vout 与 Vin 相位差 调整反馈环里电容，测量对纹波抑制比的影响

15 实验C：电源纹波噪声测试 仪器设备： 待测件 需要测试的项目 测试不同拓扑结构电源模块的电压/电流纹波噪声，了解小信号测试的技巧
MDO3000示波器 + 探头 线型电源 待测件 线型/开关型 DC-DC电源模块 需要测试的项目 了解不同拓扑结构电源纹波产生的原因 了解纹波噪声测试中示波器的正确设置和使用方法 更改输出电路的参数测量对电源输出纹波的影响

16 实验D：电源开关损耗测试 仪器设备： 待测件 需要测试的项目 通过分析开关电源损耗，减小开关电源待机损耗，提高待机效率
MDO3000示波器 + 电压电流探头 待测件 开关型 DC-DC电源模块 需要测试的项目 开关器件开关时候的功率损耗一般是主 要的损耗来源 Turn On/Off Loss Condition/Total Loss RDS, Slew Rate SOA

17 实验E：PFC的电路分析和性能研究 仪器设备： 待测件 比对未加入PFC和加入PFC电路电压电流波形，以及对功率因数的影响
MDO3000示波器，TCP0030电流探头 PA1000 功率分析仪 交流电源，电子负载2380 待测件 有/无 PFC 功能的电源模块 实验目的 了PFC电路的工作原理，了解主动PFC和被动PFC的电路区别 调整电路参数测试对 PF 值的影响 比对使用示波器个功率分析仪测试 PF 值的区别 了解现代电力电子产品的设计理念：关注待机功耗 了解连接方法对测试结果的影响（内置/外置电流表对待机功耗测量的影响）

18 实验平台三：电源整机测试平台 实验内容： 产业发展方向： 了解在产业热点行业中，电源整机的应用方向和关键测试指标
实验一：LED驱动电源的测试 实验二：无线充电电源的测试 产业发展方向： LED驱动电源 国家环保节能要求更多使用LED照明 更严格的行业标准（六级能耗，谐波测试） 更高的效率更长寿命，更低的待机功耗 无线充电电源 家用无线充电大面积普及，新能源汽车无线充电标准尚未统一 更高效率，更低待机功耗，更少的电磁辐射 关心效率与空间相对位置之间的关系 更大功率，更远的传输距离，一对多充电

19 实验一：LED驱动电路的测试 仪器设备： 待测件 实验目的：掌握LED驱动电路的工作原理和测试方法 PA1000功率分析仪
MDO3000示波器，THDP0200高压查分探头， TCP0030 电流探头 单相交流电源 待测件 LED 驱动电源模块 LED 灯负载 实验目的 掌握LED驱动电路的工作原理 掌握相关行业标准和测试方法 掌握相关仪器设备的使用方法

20 实验一：LED驱动电路的测试 测试连接框图 交流电源 示波器及探头 LED驱动器 功率分析仪 负责LED驱动器的供电 提高自动化程度
降低电源纹波对测试结果的影响 兼容ITech IT7321 示波器及探头 主要负责瞬态测试、调光测试和纹波测试 示波器兼容MDO3000和MDO4000，探头为TCP0030A和THDP0200 LED驱动器 电流型LED驱动器 功率不超过500W 市电输入 输出电流不超过2A 输出电压不超过500V 调光模式为PWM调光 功率分析仪 主要负责功耗测试、谐波测试和输入输出测试 兼容PA3000和PA1000（两台）

21 实验一：LED驱动电路的测试 测试内容： 测试内容：时序和瞬态特性、输入输出特性、可靠性测试等 掌握时序和瞬态测试方法
开关机时间，上升、下降时间，浪涌测试 IEC 谐波测试 待机功耗测试（六级能耗）

22 实验一：LED驱动电路的测试 低待机功耗测试图—零功耗 待机功耗，谐波，效率的测试方法
图上所示，是使用泰克功率分析仪PA1000进行待机功耗测试的情况，大家清晰看到此时的待机功耗57.91mW，电流为2.313mA。更换测试设备可以红色插座处更换。 客户需要测试零功耗，即电源待机功耗小于10mW，所以对功率分析仪要求非常高。很多其他品牌的功率分析仪不能稳定准确的测试这么小的待机功耗。

23 实验二：无线充电系统的测试 仪器设备 待测件 实验目的 实验目的：了解无线充电系统的原理，掌握无线充电系统的关键测试参数
PA1000/PA3000功率分析仪 MDO3000示波器，电流探头 直流/交流电源，电子负载 LCR 表 待测件 无线充电发射、接收模块，TX / RX 线圈 XYZ 三轴程控滑台 实验目的 测试在不同条件环境下的无线充电效率 掌握EMI预一致性测试的原理和方法

24 实验二：无线充电系统的测试 测试连接和主要测量内容 线圈L值和互感系数 LCR 电源 电子负载

25 实验二：无线充电系统的测试 研究空间相对位置的改变对无线充电效率的影响 通过三轴滑台，可以在X-Y-Z 三轴自由移动
调整 TX/RX 线圈之间的相对位置关系 测试无线充电效率和线圈互感系数 K

26 实验二：无线充电系统的测试 无线充电对空间电磁环境的影响，EMI预一致性测试 为什么?
符合格则和通过EMI测试（也叫 作EMC 或者电磁兼容） 确保在任何模式下都能可靠高效 的工作，不被附近其他的电器设 备干扰（EMC一致性） 整改前 整改后

27 实验平台四：新能源（三相电）测试平台 实验内容： 产业发展方向： 通过新能源行业的热点应用，了解三相电的连接和使用方法
实验一：小功率三相光伏逆变器的 测试 产业发展方向： 随着GaN，SiC材料的发展和DSP技术 的进步，光伏逆变器效率不断提升 集中式大功率 逆变器功率提升，效率提 高 分布式中小功率逆变器进一步普及 并网发电需求增强，逆变器对电网适应 能力提高

28 实验一：三相光伏逆变器的测试 仪器设备 待测件 实验目的 实验目的：掌握三相电路的连接方式和测量方法 小功率光伏模拟器
多通道功率分析仪 PA3000 待测件 小功率三相光伏逆变器（昱能YC1000-3） 实验目的 掌握三相电路的连接和测量方法 了解光伏电源的工作原理和关键技术指标 了解MPPT电路的设计原理和算法 了解光伏逆变器测试关键指标和对电网的影响

29 实验一：三相光伏逆变器的测试 测试连接和主要测量内容 三相电网 光伏模拟器
给逆变器提供10%，25%，50%，75%，100%等不同功率等级的直流输入； 测试逆变器的MPPT效率。 测量逆变器在不同工作功率下的： 转换效率 注入电网电流的总谐波失真及各阶次谐波分量 功率因素 三相电压及电流不平衡度 功率分析仪