【導讀】DC-DC電源轉換器在現(xiàn)代電子設備中扮演著至關重要的角色，從便攜式電子產品到工業(yè)控制系統(tǒng)，其應用范圍廣泛。為了確保這些設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用中的重要性。
DC-DC電源轉換器在現(xiàn)代電子設備中扮演著至關重要的角色，從便攜式電子產品到工業(yè)控制系統(tǒng)，其應用范圍廣泛。為了確保這些設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)，并轉換成效率與輸出電流的對應數(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
確保設備穩(wěn)定性
減少熱量產生
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)具體電源產品的特性制定詳細的測試方案。測試方案應包括測試的工作條件、負載范圍、溫度環(huán)境等參數(shù)，以及所需的測試設備和工具。
2. 測試設備的選擇（傳統(tǒng)方式）
高精度的測試設備是確保測試結果準確性的關鍵。常用的測試設備包括電源、電子負載、多用表、功率分析儀等。這些設備能夠精確測量輸入電壓、電流、輸出電壓、電流以及轉換效率。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。報告應包括測試的目的、方法、結果以及改進建議。測試報告不僅是評價產品性能的重要依據(jù)，也是后續(xù)優(yōu)化產品設計的重要參考。
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備去協(xié)同工作完成相關測試，對測試的同步性等都有較高的要求。還需要接入電源，負載等設備。有些設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備的復雜性。Keithley提供高精度的源表產品，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.設置測試參數(shù)：在源表上設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的電壓、電流數(shù)據(jù)。
3.數(shù)據(jù)處理與分析：利用源表內置的軟件或外部數(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)的設計和優(yōu)化提供有力支持。
(來源：泰克科技）
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