DC-DC電源效率測試，確保高效能與可靠性的關(guān)鍵步驟

_____

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電源進行效率測試顯得尤為重要。本文將詳細探討DC-DC電源效率測試的目的及其在實際應(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驗手段測量轉(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準工作狀態(tài)下的效率，還涉及在不同負載條件、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：

計算不同輸入電壓下，隨負載變換，被測的電源效率。效率計算公式如下：

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

如何進行DC-DC電源效率測試

1.測試方案的制定

在進行效率測試之前，需要根據(jù)具體電源產(chǎn)品的特性制定詳細的測試方案。測試方案應(yīng)包括測試的工作條件、負載范圍、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)果準確性的關(guān)鍵。常用的測試設(shè)備包括電源、電子負載、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，我們可以搭建整個系統(tǒng)如下：

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)，并找出可能的改進點。

4.測試報告的編寫

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

而在數(shù)據(jù)采集和報告編寫階段，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多次反復檢測進行讀數(shù)，這大大占用了工程師的時間。

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，負載等設(shè)備。有些設(shè)備的自身測試精度達不到很好的效果，所以，需要接入例如功率計或者是多用表去完成測試，這些都會使接線變得更加復雜。

使用源表進行效率測試，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個象限，并且同時進行電壓、電流的測量，減少了傳統(tǒng)方法中需要多臺測試設(shè)備的復雜性。Keithley提供高精度的源表產(chǎn)品，適用于各種電源性能測試。

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：

圖3 使用SMU完成效率測試

1.連接被測：使用2臺單通道的源表，或者1臺雙通道的源表進行連接。一個測試單元作為電源使用，一個測試單元作為負載使用，同時監(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間。根據(jù)被測預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作為負載加載0V，進行電流限制吸收電能。同時通知這兩個測試單元回讀對應(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)進行分析，計算出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測試評估板進行驗證，參數(shù)如下：

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：

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*

表1 使用不同的方式，測試方法對比

結(jié)論

使用Keithley源表進行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，實現(xiàn)自動化測試，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)計和優(yōu)化提供有力支持。