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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(duì)DC-DC電源進(jìn)行效率測(cè)試顯得尤為重要。本文將詳細(xì)探討DC-DC電源效率測(cè)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(cè)試
DC-DC電源效率測(cè)試是指通過實(shí)驗(yàn)手段測(cè)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(cè)試不僅包括測(cè)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(píng)估。
分別測(cè)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(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，最后繪制成曲線：
計(jì)算不同輸入電壓下，隨負(fù)載變換，被測(cè)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(cè)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(cè)試
1. 測(cè)試方案的制定
在進(jìn)行效率測(cè)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(cè)試方案。測(cè)試方案應(yīng)包括測(cè)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(cè)試設(shè)備和工具。
2. 測(cè)試設(shè)備的選擇（傳統(tǒng)方式）
高精度的測(cè)試設(shè)備是確保測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。常用的測(cè)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(cè)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：
圖1 效率測(cè)試的接線方式
3. 數(shù)據(jù)采集與分析
在測(cè)試過程中，需要對(duì)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(píng)估電源的效率表現(xiàn)，并找出可能的改進(jìn)點(diǎn)。
4. 測(cè)試報(bào)告的編寫
測(cè)試完成后，需要編寫詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告。報(bào)告應(yīng)包括測(cè)試的目的、方法、結(jié)果以及改進(jìn)建議。測(cè)試報(bào)告不僅是評(píng)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(cè)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(cè)試
如圖1所示，傳統(tǒng)測(cè)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(cè)試，對(duì)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試，能夠大大簡(jiǎn)化測(cè)試流程并提高測(cè)量的精度。源表集成了電壓和電流的源與測(cè)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(cè)量，減少了傳統(tǒng)方法中需要多臺(tái)測(cè)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(cè)試。
圖2 源表的工作區(qū)域（例舉：2450）
源表在效率測(cè)試中的具體步驟如下：
圖3 使用SMU完成效率測(cè)試
1.連接被測(cè)：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(cè)試單元作為電源使用，一個(gè)測(cè)試單元作為負(fù)載使用，同時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)上輸入、輸出的電壓和電流。連接如圖：
2.設(shè)置測(cè)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(cè)量條件，如采樣頻率和測(cè)量時(shí)間。根據(jù)被測(cè)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(cè)試單元回讀對(duì)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(duì)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(cè)試：根據(jù)型號(hào)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(duì)24XX源表控制，獲取數(shù)據(jù)。
測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比
這里使用了MPS的EVM3620測(cè)試評(píng)估板進(jìn)行驗(yàn)證，參數(shù)如下：
使用不同儀器連接測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)曲線如圖，測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比：
圖4 使用不同方式，加載12V電壓；圖5 使用SMU測(cè)試效率，加載不同輸入電壓*
表1 使用不同的方式，測(cè)試方法對(duì)比
結(jié)論
使用Keithley源表進(jìn)行DC-DC芯片的效率測(cè)試，能夠提供高精度的測(cè)量結(jié)果，并簡(jiǎn)化測(cè)試流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，大大提高了測(cè)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(píng)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。
