直流電子負載的應用之測試 DC-DC 轉換器

       DC-DC 轉換器在現代電子產品中十分常見，主要有三種用途：

　　1. 建立電氣隔離

　　2. 轉換電壓電平，以產生更高或更低的輸出電壓

　　3. 允許更寬范圍的輸入電壓

　　車載電子器件使用 12 VDC 的標稱電壓，其設計允許使用從 9 VDC(來自電池)到最高14 VDC(來自運行中的發動機)的電壓。DC-DC 轉換器的作用就是接受 9 至 14 VDC 的輸入電壓，然后輸出一致的 12 VDC 電壓。

　　它們還可以用于集成了計算機和電子設備的應急車輛。19 V 直流電可以為多種類型的筆記本電腦、監視器和路由器供電。DC-DC 轉換器可以將標準的 12 VDC 電壓轉換為 19 VDC 電壓。有了 19 VDC 電壓，就無需再通過逆變器生成 220 VAC 家用電，也無需為每個設備配備交流到直流的電源適配器。DC-DC 轉換器的效率非常高，通常超過96%。

　　在負載穩定時，DC-DC 轉換器的輸入功耗是恒定的。為了保持這種恒定功耗，轉換器會在電壓增加時減少電流。圖1顯示了恒定功率的曲線圖。在較大的電壓范圍內，很容易看出電壓和電流之間的關系是一條曲線。

　　圖 1. 在較大電壓和電流范圍內的恒定功率曲線

　　圖2. 單獨的電流限制只能保護單個電壓下的 DC-DC 轉換器(綠線)

　　DC-DC 轉換器具有與圖1所示曲線相比更為有限的電壓—電流范圍。19 V/6 A 轉換器的技術資料中列出輸入電壓范圍為 9 V 至 18 V。要測試轉換器的整個輸入范圍，需要使用能夠產生 9 V/13 A 和 18 V/6.5 A 的直流電源。

　　保護轉換器

　　為了防止轉換器過壓和過流，您需要規定多個限值。圖2顯示了單個電流限值 13 A。這個 13 A 的電流限值只會在 9 V 工作電壓下保護轉換器。如果電壓超過這個值，轉換器在達到電流限值跳閘之前會接收過多的功率。恒定功率(CP)保護適用于單獨的電流限值無法工作的場景。圖 3 顯示了恒定功率限制。先進的電源和電子負載都內置有恒定功率保護。

　　圖 3. 功率限值(綠色)略高于工作功率(紅色)

　　標準電流保護的另一個問題是，采用電流限值時，電源會轉換為恒流模式。在恒流模式下，允許電源的輸出電壓下降，并且可能降到轉換器的工作電壓之下。低電壓導致轉換器進入非穩壓狀態，需要重置轉換器。

　　過流保護(OCP)可以防止電源輸出低電壓。OCP 不會讓電源轉換為恒流模式，而是關閉電源輸出。

　　當轉換器以預期的 19 V 工作時，負載還可以通過消耗電流為轉換器提供保護。欠壓抑制功能可以關閉負載，直到電壓超過 19 V 限值。一旦轉換器開始提供正確的電壓，負載會再次消耗電流。

　　測試功率轉換器

　　Keysight N6700C 模塊化主機非常適合執行這項測試，因為電源模塊和直流電子負載模塊都可以添加到主機中。電源模塊可針對不同的電壓進行編程，以便仿真汽車中使用的電壓，而負載可配置為恒定功耗。負載設置為 85 W，代表計算機和多個外圍設備產生的功耗。

　　在每個電壓下都會進行效率計算。轉換器的效率等于輸出功率與輸入功率的比值。供電并測量輸入功率，而負載測量輸出功率。將電源和負載整合到同一臺儀器中，可以輕松同步測量并進行效率測量。

　　表 1. 配置通道 3 上的電源模塊來驅動逆變器

　　表 2. 配置通道 1 上的負載模塊為恒定的 85 W 功耗

　　結果

　　將 18 V 電壓及 85 W 負載應用到轉換器，開始測試。電壓和電流測量值在轉換器的輸入和輸出處計算。使用電壓和電流測量值計算效率。接下來，將轉換器輸入電壓降低 500 mV，等待三秒鐘讓轉換器穩定下來。穩定之后，測量并記錄電壓和電流值。

　　程序會繼續降低電壓并進行同樣的測量，直到輸入電壓達到 9 V 下限。圖4 顯示了輸入電壓和電流。計算出的效率在 97% 至 98% 之間。

　　欠壓抑制模式對于測試非常有幫助。如果使用 9 V 以下的電壓為轉換器供電，它會進入非穩壓狀態，而且不會產生 19 V 電壓。欠壓抑制取消了負載，讓轉換器在施加了有效電壓后可以迅速恢復。

　　圖 4. 85 W 逆變器的輸入電壓和電流圖

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