DC-DC 轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中十分常見，主要有三種用途：

1. 建立電氣隔離

2. 轉(zhuǎn)換電壓電平，以產(chǎn)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(biāo)稱電壓，其設(shè)計(jì)允許使用從 9 VDC(來自電池)到最高14 VDC(來自運(yùn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī))的電壓。DC-DC 轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)和電子設(shè)備的應(yīng)急車輛。19 V 直流電可以為多種類型的筆記本電腦、監(jiān)視器和路由器供電。DC-DC 轉(zhuǎn)換器可以將標(biāo)準(zhǔn)的 12 VDC 電壓轉(zhuǎn)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(gè)設(shè)備配備交流到直流的電源適配器。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的效率非常高，通常超過96%。

在負(fù)載穩(wěn)定時(shí)，DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸入功耗是恒定的。為了保持這種恒定功耗，轉(zhuǎn)換器會在電壓增加時(shí)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(nèi)，很容易看出電壓和電流之間的關(guān)系是一條曲線。

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圖 1. 在較大電壓和電流范圍內(nèi)的恒定功率曲線

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圖2. 單獨(dú)的電流限制只能保護(hù)單個(gè)電壓下的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器(綠線)

DC-DC 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的技術(shù)資料中列出輸入電壓范圍為 9 V 至 18 V。要測試轉(zhuǎn)換器的整個(gè)輸入范圍，需要使用能夠產(chǎn)生 9 V/13 A 和 18 V/6.5 A 的直流電源。

保護(hù)轉(zhuǎn)換器

為了防止轉(zhuǎn)換器過壓和過流，您需要規(guī)定多個(gè)限值。圖2顯示了單個(gè)電流限值 13 A。這個(gè) 13 A 的電流限值只會在 9 V 工作電壓下保護(hù)轉(zhuǎn)換器。如果電壓超過這個(gè)值，轉(zhuǎn)換器在達(dá)到電流限值跳閘之前會接收過多的功率。恒定功率(CP)保護(hù)適用于單獨(dú)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(jìn)的電源和電子負(fù)載都內(nèi)置有恒定功率保護(hù)。

圖 3. 功率限值(綠色)略高于工作功率(紅色)

標(biāo)準(zhǔn)電流保護(hù)的另一個(gè)問題是，采用電流限值時(shí)，電源會轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的工作電壓之下。低電壓導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器進(jìn)入非穩(wěn)壓狀態(tài)，需要重置轉(zhuǎn)換器。

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

當(dāng)轉(zhuǎn)換器以預(yù)期的 19 V 工作時(shí)，負(fù)載還可以通過消耗電流為轉(zhuǎn)換器提供保護(hù)。欠壓抑制功能可以關(guān)閉負(fù)載，直到電壓超過 19 V 限值。一旦轉(zhuǎn)換器開始提供正確的電壓，負(fù)載會再次消耗電流。

測試功率轉(zhuǎn)換器

Keysight N6700C 模塊化主機(jī)非常適合執(zhí)行這項(xiàng)測試，因?yàn)?a target="_blank">電源模塊和直流電子負(fù)載模塊都可以添加到主機(jī)中。電源模塊可針對不同的電壓進(jìn)行編程，以便仿真汽車中使用的電壓，而負(fù)載可配置為恒定功耗。負(fù)載設(shè)置為 85 W，代表計(jì)算機(jī)和多個(gè)外圍設(shè)備產(chǎn)生的功耗。

在每個(gè)電壓下都會進(jìn)行效率計(jì)算。轉(zhuǎn)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(fù)載測量輸出功率。將電源和負(fù)載整合到同一臺儀器中，可以輕松同步測量并進(jìn)行效率測量。

表 1. 配置通道 3 上的電源模塊來驅(qū)動(dòng)逆變器

表 2. 配置通道 1 上的負(fù)載模塊為恒定的 85 W 功耗

結(jié)果

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

程序會繼續(xù)降低電壓并進(jìn)行同樣的測量，直到輸入電壓達(dá)到 9 V 下限。圖4 顯示了輸入電壓和電流。計(jì)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(zhuǎn)換器供電，它會進(jìn)入非穩(wěn)壓狀態(tài)，而且不會產(chǎn)生 19 V 電壓。欠壓抑制取消了負(fù)載，讓轉(zhuǎn)換器在施加了有效電壓后可以迅速恢復(fù)。

圖 4. 85 W 逆變器的輸入電壓和電流圖

審核編輯黃宇