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。
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图 1. 在较大电压和电流范围内的恒定功率曲线
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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
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