电源办理芯片（PMIC）是用于办理或转化体系（手机、平板电脑或轿车ECU）内部功率的集成电路。 低功率PMIC，比方移动电话和其他空间有限的手持设备中运用的PMIC可直接安装到PCB上，是设备的电源或电池与杂乱电子器材之间的重要接口。 DC-DC电源转化器许多运用常见的一种PMIC，其间功率转化电路用于将直流电源的电压电平上变频或下变频为另一个电压电平。 无论是生产前的规划验证仍是评价DC-DC转化器是否可用于某个产品，咱们均需求一个可重复且精确的测验序列。
标准的DC-DC转化器测验序列可丈量电压精确度、功率、线性/负载调整率和瞬态呼应等功用标准。 本文探讨了NI体系SMU所具有的功用、精度和速度怎么完结许多曩昔运用电源、数字万用表、示波器进行的测验。
1. 测验元件示例
为了评论典型低功率DC-DC转化器的体系设置和测验过程，咱们以TI的TPS54360为例。 如图1所示，TPS54360是用于轿车和通讯体系的降压转化器。 它能够承受4.5~60 V的输入电压，并将这个电压规模下变频为0.8~58.8V的输出。 它的最大输出电流为3.5 A。
经过检查TPS54360 DC-DC转化器标准的每个参数，咱们就能够确认验证这些值所需的硬件。
2. 电流耗费
当输出一个作为输入电池反应电压的电压时，许多工程师会重视DC-DC转化器耗费的电流。 两个有用的电流参数是器材的关断电流和静态电流。
关断电流：假如要运转MAX8640Y DC-DC转化器，电压有必要衔接到SHDN引脚。 将SHDN引脚衔接至GND或逻辑低电平会将芯片置于关断形式。 制造商一般感兴趣的是转化器在该状况下耗费的电源电流，该电流称为关断电流。
静态电流：静态电流指DC-DC转化器的另一端不施加任何负载时耗费的电源电流。 为了剖析这个特性，测验工程师能够监测以100μV增量扫描电源电压时输入引脚所耗费的功率。 得到的或许是类似于图2所示的曲线图。
从表1可知，TPS54360的典型关断电流为2.25μA，典型静态电流为146μA。
构建您自己的测验体系
测验电流耗费的一个抱负挑选是NI PXIe-4139精确源丈量单元（SMU），如图3所示。该模块衔接芯片后不只能够为芯片供给输入电压，并且能够丈量芯片耗费的电流。 PXI-4139在1 μA规模内的电流丈量分辨率100 fA，这个分辨率关于剖析静态和关断电流以及毫微安规模的走漏电流特性来说捉襟见肘。 您能够在DC-DC转化器测验体系中运用这个精确电源来履行编程输出和扫描以及高精确度丈量。
在接下来的部分中，咱们将学习怎么经过添加一个PXIe-4139和扩展功用来创立这个PXI体系。 阅览本文后，您将会了解怎么运用一切必需的硬件来构建一个完好的PXI体系，以进行DC-DC转化器测验。
3. 施加负载
DC-DC转化器是专为负载这一个器材供电而规划的。 在DC-DC转化器运用中，负载电流是指在指定的功率电平下电路下流从DC-DC转化器吸收的电流。 假如在转化器的输出端施加一个负载，就能够剖析许多常见工业参数的特性，包含功率与负荷的曲线、直流线性调整率、DC负载调整率和电流极限测验。
直流线性和负载调整率：当DC-DC转化器的电源电压从额定最大值扫描到额定最小值，一起芯片的输出保持在满电流负载状况时，输出电压会发生改变。 直流线性调整率是指输出电压的改变百分比，单位为mV/V或百分比。 同样地，DC负载调整率是指当电源电压保持安稳且输出负载从规则的最小额定电流改变到最大额定电流或许说满负载时的输出电压改变，用mV/A或百分比表明。 负载调整率一般在电源电压维持在额定输入电压时进行丈量。 SMU可供给不同的负载，协助您制作类似于图4的曲线图来剖析这一参数特性。
功率与负载曲线：功率是耗费功率与输入功率之比，一般以百分比表明（[Vout * Iout] / [Vin * Iin] * 100）。 因而，功率与负载的曲线能够显现DC-DC转化器的功率随负载的添加而改变的状况。 咱们或许期望显现不同输入电压下的功率与负载曲线，包含最小输入电压、额定输入电压和最大输入电压。 图5显现了TPS54360在各种电源电压下的功率-负载曲线。
电流极限测验：峰值输出电流约束可确保在过载和/或短路状况下输出电流被约束在预设定的最大值内，然后维护DC-DC转化器不被损坏，您能够在测验过程中模仿这两种状况。
构建您自己的测验体系
一切这些测验都应运用SMU来为DC-DC转化器供给不同的电流负载。 PXI-4139的四象限运转功用意味着您能够运用第二个PXI-4139 SMU来为DC-DC转化器供给负载，如图6所示。PXI-4139可接连吸收高达12 W的电能，一起丈量转化器的输出电压。
凭借SMU的硬件序列引擎和PXI机箱的内置触发功用，您能够同步两个SMU的输出和丈量操作。 这可协助您快速测验不同输入电压和输出电流下的DC转化器，如下图所示，并运用硬件守时的输出履行大型序列。
4. 直流规模和精确度测验
构建测验体系需求考虑的另一个功用标准是DC-DC转化器的电压精确度丈量。 因为电路由转化器的输出供电，因而十分活络，所以咱们需求确保这些下流组件的电压读数尽或许精确。
DC规模测验：输出电压规模是指DC-DC转化器在满负载的条件下可供给的电压规模。 如先前所评论的，输出电压会跟着所供给的输入功率和负载的改变而改变。 因而，剖析这一规模参数的特性时，咱们能够丈量负载处于安稳状况时的转化器输出电压，然后在不损坏器材的前提下从最大输入电压扫描到最小输入电压。 TPS54360作为降压型电源转化器，可承受4.5~60 V的电压规模，并输出0.8 ~ 58.8 V的电压规模，如表2所示。
DC精确度测验：DC-DC转化器的输出电压精确度是指DC-DC转化器在用户指定的条件下运转时输出电压的最大改变量。 精确度会跟着温度的改变和时刻的推移而改变，它一般用一个预期或标称值的百分比来表明。 例如，TPS54360的内部参阅电压精确度规则是-40?150℃温度规模内±1％。
构建您自己的测验体系
PXI体系运用一个PXI-4139供给输入电压，并运用另一个PXI-4139充任可编程负载。 因而，假如要剖析之前所说的DC精确度特性，仅有需求的丈量是转化器的输入电压。 第二个SMU担任丈量该电压，意图是防止在向DC-DC转化器灌入电流时因为电压过大而损坏硬件。 咱们只需从硬件上读取这个值即可。
在规划此测验体系时，请留意，电压丈量应该在DC-DC转化器没有任何负载电流的输出端上进行。 假如负载电流流经丈量输出端导线，或许会导致丈量成果偏差数毫伏。 丈量设备精确度时要记住的另一点是，测验设备的精确度应至少比待测设备高10倍。 若非如此，则咱们丈量的是测验设备的不精确度，而不是设备的精确度。
运用PXI-4139的长途感应功用即可一起处理这两个问题。 长途感应是指直接丈量UUT电压的才干，这样可防止导线电阻引起电压降而导致丈量误差。 因为SMU长途感应端具有高输入阻抗，流经这些导线的电流可忽略不计，这样可削减导线电阻的影响，然后精确地监测负载电压。
PXIe-4139能够以高精确度和高精度丈量电压，只需运用一个SMU模块即可进行丈量，而曾经则需求一个额定的DMM才干完结。
留意： 如需具体了解怎么确认特定设备在必定规模内的分辨率和精确度，请参阅ni.com上该设备的参数标准页面。
5. 瞬变和噪音
瞬态呼应是体系对平衡发生改变的呼应。 制造商能够运用这些图表来剖析DC-DC转化器在发动时的电压和电流呼应及其??怎么呼应线路和负载的改变，然后取得DC-DC转化器的过冲/下冲呼应和稳守时刻。
线性瞬态呼应：线性瞬态呼应表明的是DC-DC转化器输出引脚的电压和电流怎么呼应输入电压的改变。 经过先递加再递减输入电压，咱们能够监测电压的改变，取得类似于图7右上角所示的曲线图。
负载瞬态呼应：相反地，如图7左上方所示，负载瞬态呼应表明的是输出电流负载改变后输出电压到达规则的精确度所需的时刻。 咱们能够经过测验不同的幅值步长来充沛了解负载瞬态呼应，这关于手机和数码消费类产品测验十分重要。
发动波形：经过PXIe-4139 1.8 MS/s的最高采样率，咱们能够丈量DC-DC转化器的最小接通时刻。 该时刻便是树立时刻，或许输出处于满负载时输出电压到达指定精确度所需的时刻。 例如，当输入电压从零增大至标称电压时，输出到达安稳状况所需的时刻便是最小接通时刻。 TPS54360最小接通时刻可在启用EN引脚且Vin不为零时丈量，如图7右下图所示。
噪声和纹波：噪声和纹波是DC-DC转化器输出端的沟通丈量参数，单位为mV RMS或mVp-p。 输出纹波电压是一系列包含高频重量的小脉冲，因而一般以mVp-p表明。 DC-DC转化器输出端的纹波和噪声首要有两个来历：转化器生成的开关噪声和线性电源纹波。 关于线性波纹，DC-DC转化器电源供给了某种程度的纹波按捺;经过转化器的剩余纹波会呈现在负载上。 滤掉输出纹波的最常用办法是在转化器的输出端串联添加电感和并联添加%&&&&&%，这一般称为“LC网络”。 因为噪声和纹波中包含高频重量，因而应该运用具有高带宽的数字化仪进行丈量，使波纹尖峰中的一切首要谐波都包含在内。
构建您自己的测验体系
传统的瞬态和噪声测验办法需求运用示波器，经过探针来丈量DC-DC转化器的输入和输出线。 但是，PXIe-4139 SMU的1.8 MS/s采样率足以剖析线性和负载瞬态呼应特性，并且能够防止添加另一个仪器导致的杂乱性和本钱。 图8显现的PXIe-4139 SMU正在丈量TPS54360的负载和线性瞬态行为。 在这些测验中，SMU别离充任了精确直流电源、外部负载和示波器。 外部负载在500 μs的脉冲内从最大电流的25％添加到75％，SMU担任丈量DC转化器的电流耗费和电压输出。
留意： NI SourceAdapt技能能够以快速上升时刻完结500 μs脉冲且不呈现过冲或振动，它是一种数字操控循环技能，可答应您操控SMU的瞬态行为。
关于更高速的收集或频谱剖析，您能够轻松地将高速示波器添加到体系中，只需将板卡刺进到PXI机箱的外设插槽即可。 NI供给了多种PXI示波器，可让您在一个PXI插槽中完结高达24位笔直分辨率或5 GS/s采样率的高分辨率或高速丈量。 例如，运用PXIe-5162 4通道5 GS/s 10位示波器勘探DC-DC转化器的输入和输出，您就能够经过软件前面板来检查噪声的频率重量。 在本例中，您能够看到600 kHz邻近的开关噪声为数毫伏。
6. 测验体系扩展和自动化
PXI架构使得扩展测验体系的功用变得十分简略。 您能够将恣意数量的附加PXI模块刺进PXI机箱的其他插槽中。 测验DC-DC转化器一般需求的一些硬件包含具有RF和混合信号丈量功用能的PXI模块、用于时序剖析和衔接的高速数字I/O，以及用于闭环操控和协议感知测验的根据FPGA的I/O。
经过NI软硬件的严密集成，您能够完结PXI测验体系自动化，经过精确、可重复的守时来取得共同的数据。 您能够运用NI LabVIEW软件等开发环境来轻松编写测验序列，然后凭借现成可用的强壮测验办理软件NI TestStand来完结序列自动化，完结上面所说的一切参数测验。
图11显现了一个扩展机箱示例。
7. 引荐的硬件
PXI体系需求一个PXI机箱和一个集成操控器。
