DC-DC电源效率测试，确保高效能与可靠性的关键步骤
2024年12月18日 17:27 发布者：eechina
作者：泰克科技DC-DC电源转换器在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，从便携式电子产品到工业控制系统，其应用范围广泛。为了确保这些设备的高效能与可靠性，对DC-DC电源进行效率测试显得尤为重要。本文将详细探讨DC-DC电源效率测试的目的及其在实际应用中的重要性。
什么是DC-DC电源效率测试
DC-DC电源效率测试是指通过实验手段测量转换器在不同工作条件下的效率，即输出功率与输入功率的比值。效率测试不仅包括测量标准工作状态下的效率，还涉及在不同负载条件、温度环境以及输入电压变化情况下的性能评估。
分别测试电路的输入和输出的电流、电压数据，并转换成效率与输出电流的对应数据，最后绘制成曲线：
计算不同输入电压下，随负载变换，被测的电源效率。效率计算公式如下：
效率 = (输出功率 / 输入功率) × 100%
其中，输出功率等于输出电压乘以输出电流，输入功率等于输入电压乘以输入电流。
DC-DC电源效率测试的目的
提高能源利用率
确保设备稳定性
减少热量产生
改善电磁兼容性（EMC）
节省成本
如何进行DC-DC电源效率测试
1. 测试方案的制定
在进行效率测试之前，需要根据具体电源产品的特性制定详细的测试方案。测试方案应包括测试的工作条件、负载范围、温度环境等参数，以及所需的测试设备和工具。
2. 测试设备的选择（传统方式）
高精度的测试设备是确保测试结果准确性的关键。常用的测试设备包括电源、电子负载、多用表、功率分析仪等。这些设备能够精确测量输入电压、电流、输出电压、电流以及转换效率。根据上述描述，我们可以搭建整个系统如下：
图1 效率测试的接线方式
3. 数据采集与分析
在测试过程中，需要对不同工作条件下的电源性能进行数据采集。通过分析这些数据，可以评估电源的效率表现，并找出可能的改进点。
4. 测试报告的编写
测试完成后，需要编写详细的测试报告。报告应包括测试的目的、方法、结果以及改进建议。测试报告不仅是评价产品性能的重要依据，也是后续优化产品设计的重要参考。
而在数据采集和报告编写阶段，由于板子本身的特性（电源调整率），往往需要工程师在仪器前等待并手动多次反复检测进行读数，这大大占用了工程师的时间。
使用Keithley SMU完成效率测试
如图1所示，传统测试方式我们可以看到需要多台不同的设备去协同工作完成相关测试，对测试的同步性等都有较高的要求。还需要接入电源，负载等设备。有些设备的自身测试精度达不到很好的效果，所以，需要接入例如功率计或者是多用表去完成测试，这些都会使接线变得更加复杂。
使用源表进行效率测试，能够大大简化测试流程并提高测量的精度。源表集成了电压和电流的源与测试功能，可以工作在4个象限，并且同时进行电压、电流的测量，减少了传统方法中需要多台测试设备的复杂性。Keithley提供高精度的源表产品，适用于各种电源性能测试。
图2 源表的工作区域（例举：2450）
源表在效率测试中的具体步骤如下：
图3 使用SMU完成效率测试
1.连接被测：使用2台单通道的源表，或者1台双通道的源表进行连接。一个测试单元作为电源使用，一个测试单元作为负载使用，同时监测被测上输入、输出的电压和电流。连接如图：
2.设置测试参数：在源表上设置所需的输入电压和电流范围，并配置测量条件，如采样频率和测量时间。根据被测预估的大致加载电压范围和工作功率，设置SMU作为源的加载电压，和SMU作为负载加载0V，进行电流限制吸收电能。同时通知这两个测试单元回读对应的电压、电流数据。
3. 数据处理与分析：利用源表内置的软件或外部数据处理工具对采集到的数据进行分析，计算出DC-DC芯片在不同工作条件下的转换效率。根据采集到的数据，计算DC-DC芯片在不同条件下的转换效率。
4.执行测试：根据型号不同，我们可以加载不同的程序进行控制。使用SCPI指令，通过python对24XX源表控制，获取数据。
测试数据对比
这里使用了MPS的EVM3620测试评估板进行验证，参数如下：
使用不同仪器连接测试获得的数据曲线如图，测试结果数据对比：
图4 使用不同方式，加载12V电压；图5 使用SMU测试效率，加载不同输入电压*
表1 使用不同的方式，测试方法对比
结论
使用Keithley源表进行DC-DC芯片的效率测试，能够提供高精度的测量结果，并简化测试流程，实现自动化测试，大大提高了测试效率，解放工程师的产能。通过系统化的数据采集与分析，可以全面评估DC-DC芯片的性能，为电源管理系统的设计和优化提供有力支持。查看源表更多资料，https://www.tek.com.cn/products/keithley/source-measure-units。