基于Lab VIEW的DC/DC變換器測試系統的設計分析

卜明磊

摘? 要：目前，針對實驗室環境設計并投入使用的DC/DC變換器工作量與日俱增，當檢驗工作增多的情況下，可能會因為操作失誤而產生誤差。在這一發展背景下，文章設計了基于Lab VIEW的DC/DC變換器測試系統，并對其實際應用案例進行了分析，希望可以為這一領域的發展提供一些參考。

關鍵詞：測試系統;DC/DC變換器;浪涌電流

中圖分類號：TM46? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）27-0098-02

Abstract： At present， the workload of DC/DC converter designed and put into use for laboratory environment is increasing day by day： when the inspection work increases， it may cause errors due to operational errors. Under this development background， this paper designs the DC/DC converter test system based on Lab VIEW， and analyzes its practical application case， hoping to provide some reference for the development of this field.

Keywords： test system; DC/DC converter; surge current

DC/DC變換器使用模塊組件電池電源模式，所以其可靠性高并且系統升級簡單，在現代社會發展中應用范圍不斷擴大。但是在高頻軟件開發和封裝技術持續升級的情況下，DC/DC變換器工作壓力不斷加大，自主設計研發出兼具通用性與擴展性的DC/DC變換器測試系統提升設備運行效率十分必要。

1 DC/DC變換器參數介紹與關鍵技術

1.1 參數介紹

1.1.1 輸出電壓與輸入電流。輸出電壓和輸入電流分別指的是DC/DC變換器輸出端的額定輸出電壓值和額定輸入電流值。在對系統進行測試中，測試參數的指標體現在輸出電壓的精準度方面，且當其與標準值越接近的情況下，系統整體性越好，一般來說，DC/DC變換器的輸出電壓和輸入電流精度為1%[1]。

1.1.2 調整率。DC/DC變換器的調整率主要指的是線性調整率，線性調整率還可以被稱為電壓調整率，能直接反映DC/DC變換器在不同輸入電壓條件下的輸出穩定性。當線性調整率的參數縮小時，說明變換器的輸出能力得到增強，性能得以優化。調整率參數是靜態參數，表示輸入穩定狀態下，輸出為特定負載，不同輸入電壓下產生輸出電壓的一致性。

1.1.3 暫態響應。暫態響應是系統在負載變化速度過快的情況下，DC/DC變換器對負載電流出現突變時的應變能力，暫態響應直接反映出了DC/DC變換器對于負載階躍變化的響應程度，可以得出DC/DC變換器在保持穩定狀態下出現的輸出過沖與連續振蕩。暫態響應可以被視為是過沖電壓恢復時間的關鍵參數，過沖電壓越小恢復時間越短，說明了DC/DC變換器的響應能力越好。

1.1.4 過電保護。DC/DC變換器過電保護是當系統內部的輸出電壓超出了額定電壓，設備的輸出系統會進入到自動關閉狀態，以避免出現電路超額負載的情況的一種系統自動保護模式。這種模式可以應用到DC/DC變換器在遇到上述異常問題時狀態的驗證，例如，部分饋線或者元器件受到受損，系統內的部分元件可能會產生異常輸出高電壓的情況，過電保護功能可以據此做出正確反應，并實現對系統電壓敏感負載管理。

1.1.5 輸出功能調節。輸出功能的調節主要指的是DC/DC變換器可以根據實際需求，完成系統的調節，通過特定的外界電路，能實現系統電壓值的調整。一般來說，通過調整電壓可實現輸出電流值的調整。雖然國際上對這一方面的管理已經形成了較為成熟規格體系，但是在具體應用中，仍需要非常規格式的電源電壓，可調功能十分重要。

1.1.6 功率能耗。功率能耗是DC/DC變換器的重要參數，在進行系統設計中，要著重對其進行優化。一般來說，DC/DC變換器的功率體現出了系統的負載能力，其效率直接反映DC/DC變換器功率的傳遞能力，即自身功率損耗能力。高效率是DC/DC變換器的運行目標，效率越高表示系統的損耗越小，其性能也更好。

1.1.7 浪涌電流。浪涌電流是DC/DC變換器開啟時產生的最大電流，變換器內部有輸入和輸出兩個電容，負載端可能含有其他附加的電容，這些電容需要電流進行充電，使其達到穩定的狀態，這環節中產生的電流即為浪涌電流。大的浪涌電流會對系統內部臨近電路造成電磁干擾，甚至還會引起逆流電路斷路器跳閘，或者使用固態功率控制器過流保護失控。

1.2 關鍵技術

DC/DC變換器測試系統設計中，要搭建符合多參數測試的系統框架，為了提高這一系統應用的靈活性，要從整個測試過程著手，建立多個全局變量，以確保每個測試軟件程序應用都更為合理，減少最終應用建立器軟件測試文件編程時的工作量。通過軟件測試的方式，可以實現電壓測量的精度補償與誤差補償，建立更為靈活的測試進程，滿足測試方法的要求，同時也能滿足器件級編程的需求，提高系統整體測試的靈活性與便捷程度，以通用的測試程序，實現不同測試方案的靈活篩選[2]。

2 基于Lab VIEW的DC/DC變換器測試系統設計與分析

2.1 設計原理

DC/DC變換器測試平臺系統的設計主要包括了硬件設計與軟件設計兩個部分，其硬件部分設計主要是包括了DC/DC變換器、電子負載、可調式程序控制電源、信號采集電路、電流和電壓傳感器、數據采集卡等。軟件平臺設計主要是基于測試平臺的虛擬軟件的應用程序。測試系統的設計整體以虛擬儀器軟件作為核心，并對整個測試平臺進行控制。主要的內容包括了模擬電子負載控制、測試輸入電源控制、參數設計、流程控制與結果顯示與存儲。在測試中，使用虛擬儀器平臺可以實現電子負載與程控電源的直接控制，對DC/DC變換器的工作狀態進行模擬，進而實現不同狀態下，DC/DC變換器電氣參數的控制[3]。

2.2 設計要求

將變換器設備作為一種電力變換器，能夠實現直流電源轉換為電平狀態電流模式，以暫存調整與存儲的方式，實現系統電能的存儲和調取。在這一環節中，變壓器、電感器均可以被視為是存儲元件，以占比控制的方式能完成電流與電壓的精準調節。

在設計研發階段，要確保精準掌握設計參數對最終質量所產生的影響，并根據測試的結果，判斷產品的性能。在實際應用中，DC/DC變換器的測試系統要滿足基本的輸出電壓精度、負載調整率、電源調整率、效率、短路、紋波與噪聲和過電保護的測試。控制程控電源與電子負載模擬器設備，要模擬DC/DC變換器在不同工作模式下的狀態，并對其輸入和輸出的電流與電壓數據進行采集，通過進一步分析的方式，得出系統功率與參數等性能參數，從而達到測試的目的[4]。

2.3 設計方案

2.3.1 硬件設計

為了確保系統測試的精準度，工作人員在進行設計中，要著重對硬件設備進行優化設計。特別是在硬件設備的選擇中，不僅要確保其可以滿足DC/DC變換器輸入和輸出的基本參數，同時還要盡可能保證硬件設備的精準性，提高系統測試的精準性與有效性。

（1）本次研究工作中，采用了安捷倫公司生產的直流電源與電子負載模塊，其中，直流電源有0.01%負載與電源調整率，提高了系統的穩定性，即便當電源與系統負載出現明顯波動的情況下，系統仍舊能保持較高的穩定性，輸出結果更為精準。并且，這一模塊的常模電壓和共模電流的噪聲都處于較低的水平，測試結果不會受到電壓與電流噪聲的影響，精準性有可靠保證。（2）可編程直流電源電子負載的模塊自帶GBIP接口，可以與虛擬儀器平臺直接相連。在操作前只需要在NI官網下載相應的驅動程序，就可以在變成中調用相應的驅動程序，實現系統的精準化控制。（3）數據采集卡選擇的是USB-1352A多功能數據采集卡，能為系統提供12-bit動力，采樣的效率最高可以達到500ks/s，同時開啟的模擬信號采集通道可達16個，并能通過通道軟件選擇對應的電壓量程。

2.3.2 軟件設計

系統的軟件設計環節主要使用了測試平臺環境，采用圖形化編程語言，能實現廣泛的數據采集和應用，實現系統的自動測試。在此次研究中，工作人員Lab環境下進行了編譯，運用其強大的圖形化界面，實現了軟件平臺的模塊劃分，根據不同的測試項目進行了模塊化設計，提高了整體測試的靈活性。

以電源調整率檢測模塊為例，在對這一軟件進行設計中，電源調整率的表征DC/DC變換器在受到外部環境的電壓變化時，系統會作出相應的反應。軟件程序的檢測邏輯為：虛擬軟件平臺通過GPIB總線將電子負載設計為額定負載，首先，將程控電源輸出電壓設置的DC/DC變換器標稱輸入電壓相等，測出DC/DC變換器的輸出電壓，即為V1。其次，將程控電源輸出的電壓設置成和DC/DC變換器輸入電壓上限值相等，測出DC/DC變換器輸出電壓為V2。最后，將程控電源輸出電壓值設置成與DC/DC變換器的輸入電壓值下限相等，測出其輸出結果為V3，將三個結果中的最大值記為V4，依據公式計算出電源調整率P：

2.4 測試實例

本次研究工作中，選擇的待測試的設備是由法國某公司生產標準型號變換器設備，輸入電壓范圍在18V至45V之間，額定輸出的電流與電壓分別為4A和5V。

在進行測試中為了能夠實現系統自動濾波，在研究中應用了測試夾具的方式進行驗證，這種方法能夠將原本系統內的負載轉百年成為電子負載的模式，并按照既定的測試原理、結構以及規范示意圖，可完成系統模塊的功能性測試，因為測試軟件本身并沒有數據庫直接訪問的功能，所以在進行系統測試中，要應用Lab VIEW當中的數據庫訪問工具包進行數據庫訪問，獲取測試所需要的各種數據。將復雜的底層數據庫操作進行封裝，轉變成為系列性的Lab SQL VI模式，可以使操作更加簡單，測試得到的數據與結果經過處理之后，根據用戶的需求選擇是否進行保存。

綜上所述，DC/DC變換器因其較小體積、較強的可靠性等方面的優勢特征，被廣泛地應用到航海、汽車電子、軍事和航空航天事業的控制系統中。基于Lab VIEW的DC/DC變換器測試系統研發設計，充分應用了現有的技術與資源，實現了根據委托方的測試要求完成對DC/DC變換器的合格性判定，同時避免了單臺手動工作，使分散的儀器設備得到更集中地管理，進一步提升設備的通用性與擴展性。

參考文獻：

[1]郭昊，楊凌霄，趙瑞林.基于Lab VIEW的DC/DC變換器測試系統的設計與開發[J].汽車實用技術，2019（02）：105-107.

[2]陳娣，李丹佳，朱廷偉.基于PXI總線的姿態角變換器高精密測試系統設計[J].宇航計測技術，2015，35（02）：17-21.

[3]張曉亮，姜濤，張桂林.基于LabVIEW的直流電機轉向調速系統設計[J].機械工程師，2015（04）：27-29.

[4]谷海濤.DC-DC變換器批量通用測試系統設計與實現[D].中國科學院大學，2013.