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一、概述 本方案旨在為研發(fā)和使用小功率DC/DC轉(zhuǎn)換器的工程師提供最為快捷的測(cè)試和驗(yàn)證手段。適用于功率小于20W，最高輸出電壓不超過20V，電流不超過3A的DC/DC轉(zhuǎn)換器的快速而便捷的測(cè)試。 在我們的各種電子產(chǎn)品中，DC-DC電源轉(zhuǎn)換器被大量的使用。如在一臺(tái)筆記本電腦內(nèi)部，CPU需要5V、3.3V、1.8V等幾個(gè)電壓供電，顯示屏需要8V供電，風(fēng)扇需要 12V 等。但電池只能提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，如12V或18V。因此，必須使用DC-DC電源轉(zhuǎn)換模塊來提供各種不同器件所需要的供電電壓。同樣，在手機(jī)，平板電腦，車載電子設(shè)備、軍用及航空航天的電子設(shè)置中，也大量使用DC/DC轉(zhuǎn)換器或二次電源。 簡(jiǎn)而言之，DC-DC是轉(zhuǎn)換直流電壓的供電器件，如下圖所示的就是一款將12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器。 
如何評(píng)估一個(gè) DC-DC 電源適配器的性能呢？簡(jiǎn)單的來說，我們需要的就是 DC-DC 能輸出一個(gè)純凈的、穩(wěn)定的電壓。所以，它最基本的參數(shù)就說是輸出的精度及紋波噪聲指標(biāo)。當(dāng)然，DC-DC 還需要有充足的輸出功率，來驅(qū)動(dòng)我們的電路，即輸出電流和功率，如 1A 電流。此外，輸出端負(fù)載經(jīng)常是變化的，這就需要輸出電壓不會(huì)隨著輸出電流或功率的變化產(chǎn)生較大的波動(dòng)，這個(gè)指標(biāo)我們通常稱作負(fù)載效應(yīng)或負(fù)載調(diào)整率。 以上是從輸出端考慮的評(píng)估參數(shù)。在 DC-DC 的輸入端，同樣要考慮幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。如上例子中，輸出端的電壓往往不會(huì)是絕對(duì)的 12V，可能是 10V-13V 區(qū)域內(nèi)的電壓（如電池電壓會(huì)隨著電池容量的變化而變化），這時(shí)會(huì)引起輸出端電壓產(chǎn)生變化，這個(gè)參數(shù)通常稱作源效應(yīng)或源調(diào)整率。另外還有很多參數(shù)衡量 DC-DC 的性能，如轉(zhuǎn)換效率、啟動(dòng)特性、下電特性、輸入輸出時(shí)延、輸入端開機(jī)浪涌電流、待機(jī)空耗、瞬態(tài)響應(yīng)等等指標(biāo)。如果要較為全面地完成一個(gè) DC/DC 性能的測(cè)試，通常需要多臺(tái)儀表協(xié)同完成，甚至需要開發(fā)電源測(cè)試系統(tǒng)來完成。在這個(gè)系統(tǒng)中，會(huì)包括提供直流輸入的程控直流電源、用于輸出端負(fù)載牽引的電子負(fù)載、測(cè)量多路電壓和電流的數(shù)字萬用表及分流器，測(cè)量紋波及電源瞬態(tài)特性的示波器等等。如左圖所示，就是一套典型的電源測(cè)試系統(tǒng)。
很顯然，這是一套DC-DC的全自動(dòng)化測(cè)試，不僅有眾多的儀器硬件，還有一套定制的測(cè)試軟件。非常適合于大規(guī)模生產(chǎn)線的測(cè)試，或者全功能的研制。但對(duì)于DC-DC的研發(fā)工程師，或是選用DC-DC的工程師，如果希望迅速測(cè)試手中的DC-DC的性能，使用如此復(fù)雜的系統(tǒng)顯然不合適的。因?yàn)殚_發(fā)這套系統(tǒng)所需的時(shí)間及成本，不是一般的項(xiàng)目能支持的。因此，很多工程師在尋求一個(gè)更為便捷的DC-DC測(cè)試方法。 二、集成了眾多測(cè)試能力的安捷倫N6705B直流電源分析儀 安捷倫的N6705B直流電源分析儀，集成具備多種功能，包括1-4路的輸出電源和負(fù)載、數(shù)字電壓表和電流表、大功率任意波形發(fā)生器、高速高分辨率的數(shù)字化儀、數(shù)據(jù)記錄儀，可以替代一套復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，完成DC-DC性能的測(cè)試和驗(yàn)證。而且所有的功能可通過前面板實(shí)現(xiàn)，或者更為方便地使用與之配套的14585A性能分析軟件，在測(cè)試過程中無需編程，讓DC-DC的測(cè)試工作變得非常便捷。
N6705B直流電源分析儀是主機(jī)加模塊結(jié)構(gòu)，有超過30種電源模塊可以選擇，涵蓋了基礎(chǔ)性能的電源模塊、高性能電源模塊、高精度電源模塊、以及具有電子負(fù)載功能的N678xA系列的SMU模塊電子負(fù)載。N6781xA系列SMU模塊不但具備了負(fù)載功能，而且又非常高的精度的分辨率： ●電壓輸出范圍: 0-20V ●電流輸出范圍：20V/1A ； 6V/3A； ●20V時(shí)輸出精度： 0.025% + 1.8mV; ●20V時(shí)測(cè)量精度：0.025% + 1.2mV; ●3A時(shí)電流測(cè)量精度：0.03% + 250μA 在這個(gè)實(shí)例中， 我們利用N6705B主機(jī)配上2個(gè)N6781A SMU負(fù)載模塊，就可以構(gòu)建一個(gè)單路輸入和單路輸出的DC-DC轉(zhuǎn)換器的測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試連接框圖如右圖所示。N6705B還可以配合PC端軟件14585A 提供更簡(jiǎn)便的操作和測(cè)試分析。
三、DC-DC測(cè)試項(xiàng)目及報(bào)告 在以下的測(cè)試案例中，我們選用了一個(gè)12V轉(zhuǎn)5V的車用DC-DC轉(zhuǎn)換器，利用以上的配置對(duì)它進(jìn)行了全面的測(cè)試。圖中所顯示的界面就是14585A的軟件界面。 DC-DC靜態(tài)輸出性能
DC-DC開機(jī)上升時(shí)間及時(shí)延
DC-DC關(guān)機(jī)下降時(shí)間及關(guān)機(jī)時(shí)延
DC-DC轉(zhuǎn)換效率
DC-DC空耗
DC-DC負(fù)載調(diào)整率及動(dòng)態(tài)負(fù)載
DC-DC源調(diào)整率
DC-DC靜態(tài)輸出及紋波噪聲隨輸出電流變化性能
四、結(jié)論 N6705B直流電源分析儀配備電源模塊和 N678x SMU 系列模塊后，即構(gòu)成了一套DC-DC的測(cè)試系統(tǒng)，可以精確測(cè)量 DC-DC 的眾多參數(shù)，為研發(fā)工程師提供了最為便捷的DC-DC測(cè)試和驗(yàn)證方案。 但N678X SMU模塊使用在負(fù)載模式下是，其最大功率不超過20W， 無法用于更大功率的DC-DC轉(zhuǎn)換器的測(cè)試。在這種情況下，安捷倫最新的APS電源系統(tǒng)則可以更好地完成2KW以內(nèi)的DC-DC快速測(cè)試。有關(guān)這方面的方案，我們將在今后的文章中詳細(xì)介紹。 |
