直流电子负载的应用之测试 DC-DC 转换器

       DC-DC 转换器在现代电子产品中十分常见，主要有三种用途：

　　1. 建立电气隔离

　　2. 转换电压电平，以产生更高或更低的输出电压

　　3. 允许更宽范围的输入电压

　　车载电子器件使用 12 VDC 的标称电压，其设计允许使用从 9 VDC(来自电池)到最高14 VDC(来自运行中的发动机)的电压。DC-DC 转换器的作用就是接受 9 至 14 VDC 的输入电压，然后输出一致的 12 VDC 电压。

　　它们还可以用于集成了计算机和电子设备的应急车辆。19 V 直流电可以为多种类型的笔记本电脑、监视器和路由器供电。DC-DC 转换器可以将标准的 12 VDC 电压转换为 19 VDC 电压。有了 19 VDC 电压，就无需再通过逆变器生成 220 VAC 家用电，也无需为每个设备配备交流到直流的电源适配器。DC-DC 转换器的效率非常高，通常超过96%。

　　在负载稳定时，DC-DC 转换器的输入功耗是恒定的。为了保持这种恒定功耗，转换器会在电压增加时减少电流。图1显示了恒定功率的曲线图。在较大的电压范围内，很容易看出电压和电流之间的关系是一条曲线。

　　图 1. 在较大电压和电流范围内的恒定功率曲线

　　图2. 单独的电流限制只能保护单个电压下的 DC-DC 转换器(绿线)

　　DC-DC 转换器具有与图1所示曲线相比更为有限的电压—电流范围。19 V/6 A 转换器的技术资料中列出输入电压范围为 9 V 至 18 V。要测试转换器的整个输入范围，需要使用能够产生 9 V/13 A 和 18 V/6.5 A 的直流电源。

　　保护转换器

　　为了防止转换器过压和过流，您需要规定多个限值。图2显示了单个电流限值 13 A。这个 13 A 的电流限值只会在 9 V 工作电压下保护转换器。如果电压超过这个值，转换器在达到电流限值跳闸之前会接收过多的功率。恒定功率(CP)保护适用于单独的电流限值无法工作的场景。图 3 显示了恒定功率限制。先进的电源和电子负载都内置有恒定功率保护。

　　图 3. 功率限值(绿色)略高于工作功率(红色)

　　标准电流保护的另一个问题是，采用电流限值时，电源会转换为恒流模式。在恒流模式下，允许电源的输出电压下降，并且可能降到转换器的工作电压之下。低电压导致转换器进入非稳压状态，需要重置转换器。

　　过流保护(OCP)可以防止电源输出低电压。OCP 不会让电源转换为恒流模式，而是关闭电源输出。

　　当转换器以预期的 19 V 工作时，负载还可以通过消耗电流为转换器提供保护。欠压抑制功能可以关闭负载，直到电压超过 19 V 限值。一旦转换器开始提供正确的电压，负载会再次消耗电流。

　　测试功率转换器

　　Keysight N6700C 模块化主机非常适合执行这项测试，因为电源模块和直流电子负载模块都可以添加到主机中。电源模块可针对不同的电压进行编程，以便仿真汽车中使用的电压，而负载可配置为恒定功耗。负载设置为 85 W，代表计算机和多个外围设备产生的功耗。

　　在每个电压下都会进行效率计算。转换器的效率等于输出功率与输入功率的比值。供电并测量输入功率，而负载测量输出功率。将电源和负载整合到同一台仪器中，可以轻松同步测量并进行效率测量。

　　表 1. 配置通道 3 上的电源模块来驱动逆变器

　　表 2. 配置通道 1 上的负载模块为恒定的 85 W 功耗

　　结果

　　将 18 V 电压及 85 W 负载应用到转换器，开始测试。电压和电流测量值在转换器的输入和输出处计算。使用电压和电流测量值计算效率。接下来，将转换器输入电压降低 500 mV，等待三秒钟让转换器稳定下来。稳定之后，测量并记录电压和电流值。

　　程序会继续降低电压并进行同样的测量，直到输入电压达到 9 V 下限。图4 显示了输入电压和电流。计算出的效率在 97% 至 98% 之间。

　　欠压抑制模式对于测试非常有帮助。如果使用 9 V 以下的电压为转换器供电，它会进入非稳压状态，而且不会产生 19 V 电压。欠压抑制取消了负载，让转换器在施加了有效电压后可以迅速恢复。

　　图 4. 85 W 逆变器的输入电压和电流图

　　以上就是直流电子负载的应用之测试 DC-DC 转换器的介绍，如果你还想了解关于交流电子负载等信息，欢迎咨询安泰测试。