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嵌入式電源供應器的安全除錯策略

Sonya Chan
9月21日
讀畢需時 4 分鐘

在當今追求高效能與小型化的電子產品設計趨勢下，嵌入式電源供應器已成為行動裝置、資料中心到工業自動化等關鍵領域的核心組件，這些電源供應器不僅整合了傳統的 AC/DC 或 DC/DC 轉換電路，更導入了複雜的感測器、處理器與數位通訊介面，以實現智慧化的電源管理與系統監控，然而，這也為研發工程師帶來了嚴峻的測試挑戰，他們必須在一個同時存在危險高壓與低壓數位控制訊號的環境中進行精確量測，如何在確保人員安全的前提下，同步擷取並分析類比輸出電壓的爬升行為與 I2C 或 PMBus 等數位控制協定的時序關聯性，成為了加速產品開發與確保系統穩定性的重要課題。

嵌入式電源供應器的安全除錯

嵌入式電源供應器整合了傳統的電源組件以及多重感測器、處理與控制邏輯和數位通訊介面，用於除錯的測試設備需要具備隔離輸入通道，以便安全地量測危險電壓，額外的數位通道則支援數位訊號的分析，而觸發與解碼功能對於序列協定通訊介面的時間關聯性監控至關重要。

測試任務

評估一個由兩個可編程轉換器建構的嵌入式 AC/DC 電源供應器的運作，在電源供應器啟動期間，同步監控轉換器的輸入與輸出訊號，並確保其與透過協定下達的編程和控制介面指令維持時間關聯性。

測試解決方案

R&S®Scope Rider 手持式數位示波器結合了隔離式手持示波器的優勢與以往僅見於現代實驗室等級示波器的強大功能，每個電氣隔離的輸入通道均提供高達 500 MHz 的頻寬，並支援在 CAT IV 600 V/CAT III 1000 V 的環境中進行量測。

歸功於八個數位通道（MSO 選配）與多樣化的協定觸發和解碼選項（例如 I2C 或 UART），R&S®Scope Rider 同時具備邏輯分析儀與協定分析儀的功能，其最高達 5 Gsample/s 的高取樣率讓您能以高解析度分析訊號細節，例如快速的暫態變化；而 50,000 wfms/s 的快速更新率則能迅速捕捉罕見的訊號事件，此外，電容式觸控螢幕的操作方式，為該儀器帶來了更直覺的使用體驗。

應用

嵌入式電源供應器

市場對於更高效電源供應器的需求正不斷增長，此趨勢主要由兩大應用所驅動，其一是極度關注電池續航力的行動應用，其二則是需要快速回應功率需求變化或確保高度可靠性的高功率工業或資料儲存應用。

嵌入式電源供應器包含傳統的 AC/DC 或 DC/DC 轉換器，以及數位監控、處理與通訊組件，主系統可以與嵌入式電源供應器通訊，以設定和調整參數，或監控如溫度或過載狀態等關鍵特性。

針對嵌入式電源供應器，一種廣受歡迎的通訊介面是 PMBus，它採用雙線式 I2C 通訊介面的實體層。

評估嵌入式 AC/DC 電源供應器

在接下來的範例中，兩個高效能的 500 W AC/DC 轉換器模組被整合到一個電源供應器中，兩個模組都具備獨立的數位控制系統，並透過標準的 I2C 匯流排使用 PMBus 協定作為通訊介面，由於兩個模組各自擁有獨立的 I2C 位址，因此可以向每個模組傳送專屬的 PMBus 指令，這種設計可遠端配置轉換器模組，包含輸入與輸出電壓、電流共享或最大輸出功率，同時也能對整個電源供應器單元進行詳細的監控。

在第一個評估步驟中，我們將分析電源供應器的啟動行為，該電源供應器透過 I2C 資料值 80 h 開啟，為了進行評估，必須同步監控轉換器的 230 V AC 輸入、+5.0 V 和 +12.0 V 兩條輸出線，以及電源良好 (Power Good) 訊號，並確保它們與 I2C 編程指令的時間關聯性。

使用 R&S®Scope Rider 進行量測設定

針對前述的量測任務，我們將 R&S®Scope Rider 的輸入通道連接至電源供應器的輸入、輸出線路以及 Power Good 訊號，R&S®Scope Rider 的隔離通道在此扮演了關鍵角色，它能在量測 AC/DC 轉換器初級側時，保護使用者免於危險的市電電壓傷害，接著，將 R&S®Scope Rider 的 MSO 選配所提供的兩個數位通道連接至 I2C 的時脈與資料訊號（I2C_SCL 與 I2C_SDA）並完成設定。

隨後，針對這兩個數位通道設定 I2C 協定解碼功能，在實際量測時，選擇 I2C 訊息的「Start」作為觸發事件，將觸發模式設定為「Single」後，R&S®Scope Rider 便會在使用者發出 I2C 指令時立即回應，並擷取電源供應器的啟動序列，如下方螢幕截圖所示。