基于NI系統(tǒng)SMU系統(tǒng)的功能測試DC-DC電源轉(zhuǎn)換器

基于NI系統(tǒng)SMU系統(tǒng)的功能測試DC-DC電源轉(zhuǎn)換器電源管理芯片（PMIC）是用于管理或轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（手機、平板電腦或汽車ECU）內(nèi)部功率的集成電路。低功率PMIC，比如移動電話和其他空間有限的手持設(shè)備中使用的PMIC可直接安裝到PCB上，是設(shè)備的電源或電池與復(fù)雜電子器件之間的重要接口。DC-DC電源轉(zhuǎn)換器許多應(yīng)用常見的一種PMIC，其中功率轉(zhuǎn)換電路用于將直流電源的電壓電平上變頻或下變頻為另一個電壓電平。無論是生產(chǎn)前的設(shè)計驗證還是評估DC-DC轉(zhuǎn)換器是否可用于某個產(chǎn)品，我們均需要一個可重復(fù)且精確的測試序列。標(biāo)準(zhǔn)的DC-DC轉(zhuǎn)換器測試序列可測量電壓準(zhǔn)確度、效率、線性/負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)等性能標(biāo)準(zhǔn)。本文探討了NI系統(tǒng)SMU所具有的功能、精度和速度如何完成許多過去使用電源、數(shù)字萬用表、示波器進(jìn)行的測試。1.測試元件示例

圖1.TITPS54360降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器（圖片來源：TI）

為了討論典型低功率DC-DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)設(shè)置和測試步驟，我們以TI的TPS54360為例。如圖1所示，TPS54360是用于汽車和通信系統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器。它可以接受4.5~60V的輸入電壓，并將這個電壓范圍下變頻為0.8~58.8V的輸出。它的最大輸出電流為3.5A。通過查看TPS54360DC-DC轉(zhuǎn)換器規(guī)范的每個參數(shù)，我們就可以確定驗證這些值所需的硬件。2.電流消耗當(dāng)輸出一個作為輸入電池反饋電壓的電壓時，許多工程師會關(guān)注DC-DC轉(zhuǎn)換器消耗的電流。兩個有用的電流參數(shù)是器件的關(guān)斷電流和靜態(tài)電流。關(guān)斷電流：如果要運行MAX8640YDC-DC轉(zhuǎn)換器，電壓必須連接到SHDN引腳。將SHDN引腳連接至GND或邏輯低電平會將芯片置于關(guān)斷模式。制造商通常感興趣的是轉(zhuǎn)換器在該狀態(tài)下消耗的電源電流，該電流稱為關(guān)斷電流。靜態(tài)電流：靜態(tài)電流指DC-DC轉(zhuǎn)換器的另一端不施加任何負(fù)載時消耗的電源電流。為了分析這個特性，測試工程師可以監(jiān)測以100μV增量掃描電源電壓時輸入引腳所消耗的功率。得到的可能是類似于圖2所示的曲線圖。

圖2.TPS54360的靜態(tài)電流分析

表1.TPS54360數(shù)據(jù)表中轉(zhuǎn)換器消耗的電源電流參數(shù)從表1可知，TPS54360的典型關(guān)斷電流為2.25μA，典型靜態(tài)電流為146μA。構(gòu)建您自己的測試系統(tǒng)測試電流消耗的一個理想選擇是NIPXIe-4139精確源測量單元（SMU），如圖3所示。該模塊連接芯片后不僅能夠為芯片提供輸入電壓，而且可以測量芯片消耗的電流。PXI-4139在1μA范圍內(nèi)的電流測量分辨率100fA，這個分辨率對于分析靜態(tài)和關(guān)斷電流以及毫微安范圍的泄漏電流特性來說綽綽有余。您可以在DC-DC轉(zhuǎn)換器測試系統(tǒng)中使用這個精確電源來執(zhí)行編程輸出和掃描以及高準(zhǔn)確度測量。

圖3.NIPXIe-4139插入到測試系統(tǒng)的插槽1

在接下來的部分中，我們將學(xué)習(xí)如何通過添加一個PXIe-4139和擴展功能來創(chuàng)建這個PXI系統(tǒng)。閱讀本文后，您將會了解如何使用所有必需的硬件來構(gòu)建一個完整的PXI系統(tǒng)，以進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換器測試。3.施加負(fù)載DC-DC轉(zhuǎn)換器是專為負(fù)載這一個器件供電而設(shè)計的。在DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，負(fù)載電流是指在指定的功率電平下電路下游從DC-DC轉(zhuǎn)換器吸收的電流。如果在轉(zhuǎn)換器的輸出端施加一個負(fù)載，就可以分析許多常見工業(yè)參數(shù)的特性，包括效率與負(fù)荷的曲線、直流線性調(diào)整率、DC負(fù)載調(diào)整率和電流極限測試。直流線性和負(fù)載調(diào)整率：當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的電源電壓從額定最大值掃描到額定最小值，同時芯片的輸出保持在滿電流負(fù)載狀態(tài)時，輸出電壓會發(fā)生變化。直流線性調(diào)整率是指輸出電壓的變化百分比，單位為mV/V或百分比。同樣地，DC負(fù)載調(diào)整率是指當(dāng)電源電壓保持穩(wěn)定且輸出負(fù)載從規(guī)定的最小額定電流變化到最大額定電流或者說滿負(fù)