DC-DC電源管理芯片在現(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DC-DC電源管理芯片進行效率測試顯得尤為重要。本文將詳細探討DC-DC電源管理芯片效率測試的目的及其在實際應(yīng)用中的重要性。
什么是DC-DC電源管理芯片效率測試
DC-DC電源管理芯片效率測試是指通過實驗手段測量轉(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(zhuǎn)換成效率與輸出電流的對應(yīng)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電源管理芯片效率測試的目的
■提高能源利用率
■確保設(shè)備穩(wěn)定性
■減少熱量產(chǎn)生
■節(jié)省成本
如何進行DC-DC電源管理芯片效率測試
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(chǎn)品的特性制定詳細的測試方案。測試方案應(yīng)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(shè)備和工具。
2
測試設(shè)備的選擇(傳統(tǒng)方式)
高精度的測試設(shè)備是確保測試結(jié)果準確性的關(guān)鍵。常用的測試設(shè)備包括電源、電子負載、多用表、功率分析儀等。這些設(shè)備能夠精確測量輸入電壓、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(yīng)包括測試的目的、方法、結(jié)果以及改進建議。測試報告不僅是評價產(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(diào)整率),往往需要工程師在儀器前等待并手動多次反復(fù)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(shè)備去協(xié)同工作完成相關(guān)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(shè)備。有些設(shè)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(fù)雜。
使用源表(Source Measure Unit, SMU)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(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完成效率測試推薦設(shè)備
Keithley2450/2460/2461源表連接被測
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:
設(shè)置測試參數(shù)
在源表上設(shè)置所需的輸入電壓和電流范圍,并配置測量條件,如采樣頻率和測量時間。根據(jù)被測預(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(yīng)的電壓、電流數(shù)據(jù)。
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)處理工具對采集到的數(shù)據(jù)進行分析,計算出DC-DC電源管理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),計算DC-DC電源管理芯片在不同條件下的轉(zhuǎn)換效率。
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(jié)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(jié)論
使用Keithley源表進行DC-DC電源管理芯片的效率測試,能夠提供高精度的測量結(jié)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(chǎn)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電源管理芯片的性能,為電源管理系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供有力支持。
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