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【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

發(fā)布時(shí)間:2024-12-20 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】DC-DC電源轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)代電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色,從便攜式電子產(chǎn)品到工業(yè)控制系統(tǒng),其應(yīng)用范圍廣泛。為了確保這些設(shè)備的高效能與可靠性,對DC-DC電源進(jìn)行效率測試顯得尤為重要。本文將詳細(xì)探討DC-DC電源效率測試的目的及其在實(shí)際應(yīng)用中的重要性。


DC-DC電源轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)代電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色,從便攜式電子產(chǎn)品到工業(yè)控制系統(tǒng),其應(yīng)用范圍廣泛。為了確保這些設(shè)備的高效能與可靠性,對DC-DC電源進(jìn)行效率測試顯得尤為重要。本文將詳細(xì)探討DC-DC電源效率測試的目的及其在實(shí)際應(yīng)用中的重要性。


什么是DC-DC電源效率測試


DC-DC電源效率測試是指通過實(shí)驗(yàn)手段測量轉(zhuǎn)換器在不同工作條件下的效率,即輸出功率與輸入功率的比值。效率測試不僅包括測量標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài)下的效率,還涉及在不同負(fù)載條件、溫度環(huán)境以及輸入電壓變化情況下的性能評估。

分別測試電路的輸入和輸出的電流、電壓數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換成效率與輸出電流的對應(yīng)數(shù)據(jù),最后繪制成曲線:


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟


計(jì)算不同輸入電壓下,隨負(fù)載變換,被測的電源效率。效率計(jì)算公式如下:


效率 = (輸出功率 / 輸入功率) × 100%


其中,輸出功率等于輸出電壓乘以輸出電流,輸入功率等于輸入電壓乘以輸入電流。


DC-DC電源效率測試的目的

  • 提高能源利用率

  • 確保設(shè)備穩(wěn)定性

  • 減少熱量產(chǎn)生

  • 改善電磁兼容性(EMC)

  • 節(jié)省成本


如何進(jìn)行DC-DC電源效率測試


1. 測試方案的制定

在進(jìn)行效率測試之前,需要根據(jù)具體電源產(chǎn)品的特性制定詳細(xì)的測試方案。測試方案應(yīng)包括測試的工作條件、負(fù)載范圍、溫度環(huán)境等參數(shù),以及所需的測試設(shè)備和工具。


2. 測試設(shè)備的選擇(傳統(tǒng)方式)

高精度的測試設(shè)備是確保測試結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。常用的測試設(shè)備包括電源、電子負(fù)載、多用表、功率分析儀等。這些設(shè)備能夠精確測量輸入電壓、電流、輸出電壓、電流以及轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)上述描述,我們可以搭建整個(gè)系統(tǒng)如下:


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

圖1 效率測試的接線方式


3. 數(shù)據(jù)采集與分析

在測試過程中,需要對不同工作條件下的電源性能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過分析這些數(shù)據(jù),可以評估電源的效率表現(xiàn),并找出可能的改進(jìn)點(diǎn)。


4. 測試報(bào)告的編寫

測試完成后,需要編寫詳細(xì)的測試報(bào)告。報(bào)告應(yīng)包括測試的目的、方法、結(jié)果以及改進(jìn)建議。測試報(bào)告不僅是評價(jià)產(chǎn)品性能的重要依據(jù),也是后續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要參考。

而在數(shù)據(jù)采集和報(bào)告編寫階段,由于板子本身的特性(電源調(diào)整率),往往需要工程師在儀器前等待并手動(dòng)多次反復(fù)檢測進(jìn)行讀數(shù),這大大占用了工程師的時(shí)間。


使用Keithley SMU完成效率測試


如圖1所示,傳統(tǒng)測試方式我們可以看到需要多臺(tái)不同的設(shè)備去協(xié)同工作完成相關(guān)測試,對測試的同步性等都有較高的要求。還需要接入電源,負(fù)載等設(shè)備。有些設(shè)備的自身測試精度達(dá)不到很好的效果,所以,需要接入例如功率計(jì)或者是多用表去完成測試,這些都會(huì)使接線變得更加復(fù)雜。


使用源表進(jìn)行效率測試,能夠大大簡化測試流程并提高測量的精度。源表集成了電壓和電流的源與測試功能,可以工作在4個(gè)象限,并且同時(shí)進(jìn)行電壓、電流的測量,減少了傳統(tǒng)方法中需要多臺(tái)測試設(shè)備的復(fù)雜性。Keithley提供高精度的源表產(chǎn)品,適用于各種電源性能測試。


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

圖2 源表的工作區(qū)域(例舉:2450)


源表在效率測試中的具體步驟如下:


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

圖3 使用SMU完成效率測試


1.連接被測:使用2臺(tái)單通道的源表,或者1臺(tái)雙通道的源表進(jìn)行連接。一個(gè)測試單元作為電源使用,一個(gè)測試單元作為負(fù)載使用,同時(shí)監(jiān)測被測上輸入、輸出的電壓和電流。連接如圖:

2.設(shè)置測試參數(shù):在源表上設(shè)置所需的輸入電壓和電流范圍,并配置測量條件,如采樣頻率和測量時(shí)間。根據(jù)被測預(yù)估的大致加載電壓范圍和工作功率,設(shè)置SMU作為源的加載電壓,和SMU作為負(fù)載加載0V,進(jìn)行電流限制吸收電能。同時(shí)通知這兩個(gè)測試單元回讀對應(yīng)的電壓、電流數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)處理與分析:利用源表內(nèi)置的軟件或外部數(shù)據(jù)處理工具對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,計(jì)算出DC-DC芯片在不同工作條件下的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù),計(jì)算DC-DC芯片在不同條件下的轉(zhuǎn)換效率。

4.執(zhí)行測試:根據(jù)型號不同,我們可以加載不同的程序進(jìn)行控制。使用SCPI指令,通過python對24XX源表控制,獲取數(shù)據(jù)。


測試數(shù)據(jù)對比


這里使用了MPS的EVM3620測試評估板進(jìn)行驗(yàn)證,參數(shù)如下:


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟


使用不同儀器連接測試獲得的數(shù)據(jù)曲線如圖,測試結(jié)果數(shù)據(jù)對比:


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

圖4 使用不同方式,加載12V電壓;圖5 使用SMU測試效率,加載不同輸入電壓*


【“源”察秋毫系列】DC-DC電源效率測試,確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

表1 使用不同的方式,測試方法對比


結(jié)論


使用Keithley源表進(jìn)行DC-DC芯片的效率測試,能夠提供高精度的測量結(jié)果,并簡化測試流程,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測試,大大提高了測試效率,解放工程師的產(chǎn)能。通過系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集與分析,可以全面評估DC-DC芯片的性能,為電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供有力支持。

(來源:泰克科技)


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