【導(dǎo)讀】關(guān)于交流特性測(cè)量方法討論的一部分描述了短路和過載電流特性、遠(yuǎn)程開/關(guān)控制和隔離電壓。它還涵蓋了 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的隔離電阻和電容、動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)以及輸出紋波或噪聲。
關(guān)于交流特性測(cè)量方法討論的一部分描述了短路和過載電流特性、遠(yuǎn)程開/關(guān)控制和隔離電壓。它還涵蓋了 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的隔離電阻和電容、動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)以及輸出紋波或噪聲。
短路和過載電流
輸出短路（S/C）電流是輸出引腳相互連接時(shí)流過的輸出電流。短路通常定義為電阻 <1Ω 的連接或足夠低的分流電阻，導(dǎo)致輸出電壓低于 100mV。對(duì)于單輸出轉(zhuǎn)換器，短路測(cè)試在VOUT+和VOUT-之間進(jìn)行。對(duì)于雙極性輸出轉(zhuǎn)換器，短路測(cè)試可以在 VOUT+ 和 VOUT-、VOUT+ 和公共端或 VOUT- 和公共端之間進(jìn)行。
低功率、未穩(wěn)壓的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通常沒有短路保護(hù)。行業(yè)慣例是聲稱具有 1 秒的短路能力。這通常是內(nèi)部組件過熱和燒毀所需的時(shí)間。因此，在進(jìn)行短路測(cè)試之前，開發(fā)人員必須首先確定轉(zhuǎn)換器是否受 S/C 保護(hù)，如果是，則使用哪種保護(hù)：具有熱關(guān)斷、電流折返或打嗝保護(hù)的功率限制。
過載保護(hù)與短路保護(hù)不同。如果輸出電流超過設(shè)定限值，通常為額定輸出電流的 110% – 150%，則限流 DC/DC 轉(zhuǎn)換器將允許輸出電壓降低，以保持電流穩(wěn)定在此限值。如果負(fù)載進(jìn)一步增加，則輸出電壓將成比例降低。轉(zhuǎn)換器處于恒定輸出功率模式而不是恒定輸出電壓模式。如果過載被消除，轉(zhuǎn)換器將恢復(fù)正常運(yùn)行，但如果過載持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，內(nèi)部功耗增加將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器過熱，從而發(fā)生故障或進(jìn)入熱關(guān)斷狀態(tài)。但如果輸出短路，輸出電流仍會(huì)被限制在設(shè)定的限值內(nèi)，但輸出電壓會(huì)很低，理論上完美短路為零，但實(shí)際上只有幾毫伏。然后，輸出功率也接近于零，并且只要內(nèi)部組件額定電流較高，轉(zhuǎn)換器就可以無限期地運(yùn)行。因此，轉(zhuǎn)換器有可能在過載情況下發(fā)生故障，但在無限期短路中仍能完好無損。限流保護(hù)的一種變體是電流折返保護(hù)（圖 1）。
輸出電流限制和折返特性
當(dāng)輸出電流超過設(shè)定限值時(shí)，該限值將重置為低得多的限值。DC/DC 轉(zhuǎn)換器處于功率限制模式，但功率比正常操作時(shí)低得多。通常必須通過斷開轉(zhuǎn)換器與電源的連接來重置此模式。雖然限流或電流折返對(duì)于中低功率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來說是非常有效的短路保護(hù)方法，但對(duì)于較高功率轉(zhuǎn)換器來說它們可能無效。
如果 1 W 轉(zhuǎn)換器具有 150% 的電流限制，則轉(zhuǎn)換器必須在過載或短路條件下應(yīng)對(duì) 500 mW 的額外功耗，但 50 W 轉(zhuǎn)換器必須處理 25 W 的額外功耗。這會(huì)使內(nèi)部組件迅速過熱，但過度指定它們來承載這種高故障條件電流在經(jīng)濟(jì)上可能不合理。
解決這個(gè)問題的方法是使用打嗝保護(hù)。當(dāng)輸出電流超過設(shè)定限值時(shí)，轉(zhuǎn)換器立即關(guān)閉。短暫延遲后，轉(zhuǎn)換器嘗試重新啟動(dòng)。如果輸出電流仍然超過限制，轉(zhuǎn)換器將再次關(guān)閉并重復(fù)該循環(huán)。
打嗝保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是，如果故障條件消除，轉(zhuǎn)換器會(huì)在下一個(gè)打嗝時(shí)自動(dòng)重新啟動(dòng)。這種保護(hù)形式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，雖然短輸出脈沖會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部功耗暫時(shí)較高，但打嗝之間的較長(zhǎng)等待時(shí)間允許內(nèi)部組件再次冷卻，從而使轉(zhuǎn)換器冷運(yùn)行而直接短路。
打嗝保護(hù)的缺點(diǎn)是高容性負(fù)載會(huì)觸發(fā)打嗝機(jī)制，并且轉(zhuǎn)換器會(huì)拒絕啟動(dòng)到高容性負(fù)載。另一個(gè)缺點(diǎn)是如果 DC/DC 轉(zhuǎn)換器用于在長(zhǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)上提供總線電壓。線路上任何地方的短路都會(huì)觸發(fā)打嗝機(jī)制，并且打嗝電流尖峰會(huì)使定位故障位置變得非常困難。
打嗝特征
使用打嗝保護(hù) DC/DC 轉(zhuǎn)換器測(cè)試短路功能的簡(jiǎn)單方法就是簡(jiǎn)單地聆聽。具有打嗝保護(hù)功能的轉(zhuǎn)換器每次嘗試重新啟動(dòng)時(shí)都會(huì)發(fā)出“滴答”聲?；蛘?，可以使用具有分流器的示波器來監(jiān)視輸出。
要測(cè)量限流或電流折返性能，可以使用圖 3 中所示的測(cè)試設(shè)置。在上面的測(cè)試設(shè)置中，數(shù)字萬用表 (DMM) 用于直流電流測(cè)量模式，并且內(nèi)部分流電阻器用作短路元件。必須對(duì)此進(jìn)行監(jiān)控，以檢查 DC/DC 轉(zhuǎn)換器輸出端子處的電壓是否不超過 100 mV。對(duì)于較大的短路電流，這會(huì)超出數(shù)字萬用表的測(cè)量范圍，或?qū)е麓笥?0.1 V 的壓降，應(yīng)使用外部分流器。選擇分流電阻值，使 RS < 0.1 V/ISHUNT 且 PV > 0.1 V ISHUNT。
測(cè)量短路特性
遠(yuǎn)程開/關(guān)控制
在許多系統(tǒng)中，希望能夠遠(yuǎn)程打開和關(guān)閉 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。這可能是出于效率原因以減少能耗或控制加電和斷電排序或出于安全原因。因此，許多 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都有一個(gè)控制輸入（開/關(guān)控制引腳），通過該輸入可以將轉(zhuǎn)換器切換到待機(jī)模式?？刂埔_是一個(gè)易于驅(qū)動(dòng)的引腳，因?yàn)槿魏渭姌O開路信號(hào)或 NPN 晶體管都可用于控制轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗恍枰獛缀涟驳尿?qū)動(dòng)電流即可切換高功率轉(zhuǎn)換器。
應(yīng)注意控制邏輯的類型。正邏輯意味著轉(zhuǎn)換器在高電平或邏輯“1”信號(hào)時(shí)打開，在低電平或邏輯“0”信號(hào)時(shí)關(guān)閉。控制輸入??在內(nèi)部被拉高，因此如果未連接，轉(zhuǎn)換器將打開。這種變體更常用，因?yàn)槿绻恍枰刂埔_，轉(zhuǎn)換器就會(huì)處于活動(dòng)狀態(tài)。
對(duì)于隔離轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)表還應(yīng)說明開/關(guān)控制所參考的其他引腳。在大多數(shù)情況下，參考電位是初級(jí)電路的地，但在某些轉(zhuǎn)換器中，開/關(guān)控制位于輸出側(cè)，并以次級(jí) VOUT- 為參考。如果使能信號(hào)源自初級(jí)側(cè)，則必須使用光耦合器等隔離元件來切換輸出。
所有控制引腳輸入都應(yīng)具有一定的遲滯，以消除緩慢上升的控制信號(hào)的重復(fù)開關(guān)，這種情況可能會(huì)發(fā)生，例如，如果在控制引腳上使用外部 RC 延遲電路，使轉(zhuǎn)換器等待，直到輸入電壓達(dá)到在嘗試啟動(dòng)之前穩(wěn)定下來（圖 4）。數(shù)據(jù)表指定遠(yuǎn)程引腳電壓 VREMOTE 作為閾值。當(dāng) 0 < VREMOTE < 1.2 V 時(shí)，典型值為邏輯“0”；當(dāng) 3.5 < VREMOTE < 12 V 時(shí)，典型值為邏輯“1”。這意味著，隨著 VREMOTE 電壓的上升，轉(zhuǎn)換器將在電壓超過 1.2 V 時(shí)開啟，并且VREMOTE 電壓下降，當(dāng)電壓降至 3.5 V 以下時(shí)，轉(zhuǎn)換器將關(guān)閉。
驅(qū)動(dòng)開/關(guān)控制引腳的各種方法
隔離電壓
在隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中，初級(jí)和次級(jí)通過變壓器隔離和光耦合器隔離分開，這意味著兩個(gè)電路之間沒有直接電流路徑，從而實(shí)現(xiàn)所謂的電流隔離。隔離電壓描述了這種分離的性質(zhì)。規(guī)定了高測(cè)試電壓；無論是直流電壓還是交流電壓的均方根值，當(dāng)電壓施加在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間時(shí)，不應(yīng)有明顯的電流流過。
直流和交流 HiPot 測(cè)試之間的等效性也不是那么簡(jiǎn)單，因?yàn)闇y(cè)試時(shí)間超過 1 秒。由于局部放電 (PD) 現(xiàn)象，60 秒的測(cè)試會(huì)對(duì)隔離柵施加更大的壓力。局部放電描述了由于內(nèi)部空隙或不一致而在絕緣介質(zhì)內(nèi)的耦合路徑之間施加高電壓而導(dǎo)致的瞬時(shí)擊穿。
考慮傳統(tǒng)漆包變壓器線的結(jié)構(gòu)。（圖 5） 絕緣漆通常分幾個(gè)階段進(jìn)行涂覆，因此層與層之間可能存在不連續(xù)性，絕緣層內(nèi)也可能存在空隙。
具有穿過絕緣體的局部放電 (PD) 路徑的漆包線的橫截面
當(dāng)隔離介質(zhì)內(nèi)發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電流，但電線仍然是絕緣的。然而，電壓應(yīng)力現(xiàn)在導(dǎo)致絕緣屏障的厚度減小。電壓應(yīng)力可能會(huì)從一個(gè)弱點(diǎn)跳到下一個(gè)弱點(diǎn)，直到終導(dǎo)致完全的輸入/輸出隔離故障。
這里的關(guān)鍵詞是“終”。PD 故障聯(lián)合起來并導(dǎo)致完全故障需要時(shí)間。施加 HiPot 電壓的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生故障的可能性就越大。因此，1 分鐘的 HiPot 測(cè)試比 1 秒的典型生產(chǎn)測(cè)試壓力更大。額定值為 1000 Vdc/1 秒的轉(zhuǎn)換器只能在 500 Vac/1 分鐘下進(jìn)行測(cè)試，以減少此類累積 PD 故障導(dǎo)致問題的可能性。
隔離電阻和電容
輸入和輸出電阻和電容必須使用交流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。隔離電阻通常使用兆歐表或類似儀器在 500 Vdc 電壓下測(cè)量，通常為 10 GΩ 或更高。隔離電容必須在1MHz的高頻下測(cè)量，以消除板載濾波電容的影響。根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)，絕緣電容可以從 5 pF 到 1500 pF 不等。與所有極低電流測(cè)量一樣，結(jié)果可能會(huì)受到空氣濕度和溫度的強(qiáng)烈影響。
動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)
動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng) (DLR) 指定 DC/DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載階躍變化的反應(yīng)。它可以用兩種方式定義，即輸出電壓返回到指定輸出電壓容差范圍內(nèi)所需的時(shí)間或輸出電壓與標(biāo)稱輸出電壓的偏差或 DLR 的完整定義，兩者都需要眾所周知，但大多數(shù)數(shù)據(jù)表僅指定穩(wěn)定時(shí)間。此外，一些制造商使用25%至100%負(fù)載，一些制造商使用50%至100%負(fù)載，還有一些只是說“25%階躍變化”而沒有指定裕度，因此不同制造商的數(shù)據(jù)表之間的直接比較是不可能的。通常，確定的方法是親自測(cè)試轉(zhuǎn)換器。
輸出紋波/噪聲
所有 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都存在一些輸出紋波和噪聲因素。紋波分量由輸出濾波器電容中的充電和放電電流產(chǎn)生，并且具有工作頻率或兩倍工作頻率的典型頻率，具體取決于拓?fù)洹?/p>
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