最便捷的DC/DC二次电源的测试方案

一、概述

本方案旨在为研发和使用小功率DC/DC转换器的工程师提供最为快捷的测试和验证手段。适用于功率小于20W，最高输出电压不超过20V，电流不超过3A的DC/DC转换器的快速而便捷的测试。

在我们的各种电子产品中，DC-DC电源转换器被大量的使用。如在一台笔记本电脑内部，CPU需要5V、3.3V、1.8V等几个电压供电，显示屏需要8V供电，风扇需要 12V 等。但电池只能提供一个稳定的电压，如12V或18V。因此，必须使用DC-DC电源转换模块来提供各种不同器件所需要的供电电压。同样，在手机，平板电脑，车载电子设备、军用及航空航天的电子设置中，也大量使用DC/DC转换器或二次电源。

简而言之，DC-DC是转换直流电压的供电器件，如下图所示的就是一款将12V电压转换为5V电压的DC-DC电源转换器。



如何评估一个 DC-DC 电源适配器的性能呢？简单的来说，我们需要的就是 DC-DC 能输出一个纯净的、稳定的电压。所以，它最基本的参数就说是输出的精度及纹波噪声指标。当然，DC-DC 还需要有充足的输出功率，来驱动我们的电路，即输出电流和功率，如 1A 电流。此外，输出端负载经常是变化的，这就需要输出电压不会随着输出电流或功率的变化产生较大的波动，这个指标我们通常称作负载效应或负载调整率。

以上是从输出端考虑的评估参数。在 DC-DC 的输入端，同样要考虑几个关键的参数。如上例子中，输出端的电压往往不会是绝对的 12V，可能是 10V-13V 区域内的电压（如电池电压会随着电池容量的变化而变化），这时会引起输出端电压产生变化，这个参数通常称作源效应或源调整率。另外还有很多参数衡量 DC-DC 的性能，如转换效率、启动特性、下电特性、输入输出时延、输入端开机浪涌电流、待机空耗、瞬态响应等等指标。如果要较为全面地完成一个 DC/DC 性能的测试，通常需要多台仪表协同完成，甚至需要开发电源测试系统来完成。在这个系统中，会包括提供直流输入的程控直流电源、用于输出端负载牵引的电子负载、测量多路电压和电流的数字万用表及分流器，测量纹波及电源瞬态特性的示波器等等。如左图所示，就是一套典型的电源测试系统。



很显然，这是一套DC-DC的全自动化测试，不仅有众多的仪器硬件，还有一套定制的测试软件。非常适合于大规模生产线的测试，或者全功能的研制。但对于DC-DC的研发工程师，或是选用DC-DC的工程师，如果希望迅速测试手中的DC-DC的性能，使用如此复杂的系统显然不合适的。因为开发这套系统所需的时间及成本，不是一般的项目能支持的。因此，很多工程师在寻求一个更为便捷的DC-DC测试方法。

二、集成了众多测试能力的安捷伦N6705B直流电源分析仪

安捷伦的N6705B直流电源分析仪，集成具备多种功能，包括1-4路的输出电源和负载、数字电压表和电流表、大功率任意波形发生器、高速高分辨率的数字化仪、数据记录仪，可以替代一套复杂的测试系统，完成DC-DC性能的测试和验证。而且所有的功能可通过前面板实现，或者更为方便地使用与之配套的14585A性能分析软件，在测试过程中无需编程，让DC-DC的测试工作变得非常便捷。



N6705B直流电源分析仪是主机加模块结构，有超过30种电源模块可以选择，涵盖了基础性能的电源模块、高性能电源模块、高精度电源模块、以及具有电子负载功能的N678xA系列的SMU模块电子负载。N6781xA系列SMU模块不但具备了负载功能，而且又非常高的精度的分辨率：

●电压输出范围: 0-20V

●电流输出范围：20V/1A ； 6V/3A；

●20V时输出精度： 0.025% + 1.8mV;

●20V时测量精度：0.025% + 1.2mV;

●3A时电流测量精度：0.03% + 250μA

在这个实例中， 我们利用N6705B主机配上2个N6781A SMU负载模块，就可以构建一个单路输入和单路输出的DC-DC转换器的测试系统。测试连接框图如右图所示。N6705B还可以配合PC端软件14585A 提供更简便的操作和测试分析。



三、DC-DC测试项目及报告

在以下的测试案例中，我们选用了一个12V转5V的车用DC-DC转换器，利用以上的配置对它进行了全面的测试。图中所显示的界面就是14585A的软件界面。

DC-DC静态输出性能



DC-DC开机上升时间及时延



DC-DC关机下降时间及关机时延



DC-DC转换效率



DC-DC空耗



DC-DC负载调整率及动态负载



DC-DC源调整率



DC-DC静态输出及纹波噪声随输出电流变化性能



四、结论

N6705B直流电源分析仪配备电源模块和 N678x SMU 系列模块后，即构成了一套DC-DC的测试系统，可以精确测量 DC-DC 的众多参数，为研发工程师提供了最为便捷的DC-DC测试和验证方案。

但N678X SMU模块使用在负载模式下是，其最大功率不超过20W， 无法用于更大功率的DC-DC转换器的测试。在这种情况下，安捷伦最新的APS电源系统则可以更好地完成2KW以内的DC-DC快速测试。有关这方面的方案，我们将在今后的文章中详细介绍。