Rigol进军电子负载领域，打造10年寿命高可靠性DL3000

“Rigol 专注于测试测量行业，我们希望能为客户提供功率类产品的测量解决方案，这样仅仅有示波器、万用表和电源是不够的，必须要突破的一个产品就是电子负载。有DL3000 这个产品,Rigol才能充分发挥自身的产品组合优势,提供比较完整的功率测量的解决方案。”

——Andy，Rigol

众所周知，Rigol(普源精电)以提供高性价比的示波器而著称，自从1998 年创业至今已近20个年头。Rigol 对于测试测量行业的意义，可以大概类比小米之于手机行业的意义。整个行业内测试工程师都蒙其福泽，Rigol 降低门槛同时保证基础可靠的测试结果，让更多人更容易接触到这一行业中来。在国内和国外，Rigol 都有着一众粉丝。示波器之后，Rigol 又曾相继推出波形发生器、频谱分析仪等产品。而在今天，Rigol 在苏州正式发布了其电子负载产品线——DL3000，21ic 也对其幕后研发者Andy进行了深入的采访。

从文章开头Rigol产品设计师Andy先生的话中我们可以明白，Rigol 在这一时间节点推出电子负载产品的意义所在：功率类产品的测试，电子负载是最基本测试测量仪器之一。而另一个讯号则是：要先给客户提供一套功率测量的方案，Rigol 目前正缺少这样的一款单品。放眼望去整个测试测量行业的厂商都在纷纷转型——比如泰克表示要从提供一个box 到一个total solution，是德科技表示要从硬件转向软件和服务提供商;对于Rigol 而言，通过DL3000来补全功率测量解决方案，是其一个爆款单品发布背后的策略布局，也与整个测试测量行业的转型切合。

说了那么多接下来审视一下Rigol 的这一款DL3000，分析其成为爆品的潜质

见上图，DL3000 系列目前提供了四款产品，DL3021 和DL3021A 代表200W 功率级别，DL2031和DL2031A 代表300W 功率级别。带A 的产品型号在CON 频率范围、回读电流分辨率等参数方面更优秀一些，四款产品的公开售价分别是：2,990、4,990、6,990、9,990。

整个前面板包含一块4.3inch 的显示屏，输入通道和按键旋钮区。

背板包含各种基本接口，电源线插座以及偌大的散热窗。

软件方面，Rigol 提供了最新的S1501 Ultra Load 软件来对DL3000 进行配置、显示和存储等功能。

参数上就不用多说了，类比业界同价位DL3000 有着更精确的采样值，更高速的CC 动态频率，以及更易操作的图形化界面方便客户的测量应用;总结下来，足够的价格给予足够的性能表现。然而找这些参数背后，整个DL3000 系列最不显山露水但倾注极大心血的地方，应该是保证其超高的可靠性的设计，这点也在与Andy先生的交流中被多次提及：“如果DL3000可以用3 年、5 年乃至10 年，这才是真正给用户省钱。Rigol 最初就是本着这个目标去设计的产品，十年后在二手市场买到可用的DL3000，将会是对其可靠性的最好肯定。”

让我们从Andy先生的开发手记中来看下是DL3000 如何实现10 年目标的产品寿命

电子负载的可靠性主要体现在功率元件MOSFET 是否容易损坏或者经过多长时间会损坏。

而导致MOSFET 损毁有两个最重要的原因，1. 过高的工作温度，2. 实际工作的V×I 值超过了MOSFET 的安全工作区间。Kikusui，Keysight 以及Chroma 等高价格产品在这两个方面都下足了功夫。

如何降低MOSFET 的温度?

首先要先从散热系统设计入手。Andy先生的团队首先对结构设计进行了热仿真，基于热仿真的结果确定了风道和散热器的结构，以及其他的结构细节，甚至包括了组装工艺。在这个过程中包含着各种参数的反复验证，就拿散热器长度为例，通过仿真他们发现散热器长度为210mm，其散热器效率最好，而超过210mm 散热的效果增加并不明显。所有这些数据都体现在MOSFET 的结温上，仿真得到了每一个MOSFET的结温，取仿真得到最高的结温温度作为其可以接受温度的下限，同时再加上10 度的裕量。

结构设计确定之后，测试验证也必不可少，Andy从PCB 的第一版就配合结构进行高温50 度的可靠性验证，虽然产品给定的工作温度范围是0 到40 度，但是在研发端的验证全部都在50 度的条件下进行。用热电偶长期测试MOSFET 表面的温度，并查看其温度变化曲线。同时他还对比了其他厂家产品的MOSFET 实测温度数据，测试数据显示DL3000 中的MOSFET的实际工作温度是低于其他产品的。不仅如此，Andy还做了DL3000 在50 度环境下的极限测试，通过软件和硬件放开所有的保护，让其在400W，500W 的状态工作了8 个小时后发现没有问题，一直升到600W，在工作了半小时后之后机器才不能工作。至此，Rigol 的设计人员探知到了DL3000 可以达到的性能极限。

然而确保MOSFET 正常温度工作的事情至此还没有完，在工程验证阶段还是发现了问题：

DL3000 还是会出现过热保护(在散热器上锁定了两个温度传感器实时监测散热器上的温度)。于是Rigol 的设计人员又重新做了一遍研发过程中的实验，发现MOSFET 的温度变高了，这是为什么呢?通过调试发现，是工人在锁定MOSFET 时候，没有将螺钉锁紧。没有锁紧也会导致MOSFET 温度变高。于是Andy和工艺工程师重新确定MOSFET 的锁紧扭力为1.1N。这样保证了在批量生产中不会因为工艺问题而导致MOSFET 温度变高。

如何保护电子负载的V×I 的值不会超过MOSFET 的安全工作区?

MOSFET 的安全工作区如下图所示，它表示在不同的电压下可以承受多少的瞬时电流。电子负载系统中的过流保护的阈值，过压保护阈值，以及过功率保护阈值，要保证其在这个安全区以内，这样才能保护MOSFET 的实际V×I 的值不会因为超过安全工作区而损毁。

因为MOSFET 的安全区有时间的要求，以上图为例，在10V 工作条件下，其单个MOSFET 最高能承受10ms 的30A 电流的拉载。有这样的时间限制，就会要求电子负载的保护电路需要响应的非常快，若要实现非常快的保护控制，必须要采用硬件实现，硬件的响应时间可以在微秒级，如果是依赖软件计算，其保护响应就会非常的慢，因为无论是从ADC 取数还是软件内部的乘法运算都会非常的消耗时间。廉价的电子负载产品中对过压，过流和过功率是没有硬件保护的，他们一般都是依赖软件计算去保护MOSFET。因为增加了硬件保护电路，就会增加很多成本。DL3000 为了实现高速的保护响应，全部采用了硬件设计。Andy先生认为，为了增加可靠性而增加的这些成本是值得的。

从上文中Andy先生的诸多心血可以看出，确保一款产品的可靠性绝非易事。而且这种不流于表面的品质追求，不惜投入的工匠精神，正是与Rigol 创业初期延续至今品牌精神相契合。

总的来说，DL3000 是一款超高性价比和可靠性的直流电子负载产品。通过DL3000，Rigol吹响了向电子负载领域进军的号角;而且它的出现补齐了功率测试产品的产品组合，客户以后可以直接从Rigol 得到比较全面的全套功率测试解决方案。

(注：本文关于MOSFET 可靠性测试的内容选自Andy[持久耐用的电子负载才是最省钱的选择]一文)