一種DC-DC變換器參數不確定度評定方法*

李迎昕

（軍用電子元器件北京第三檢測中心 北京 100015）

1 引言

在某種意義上來講，電源可以比作一個電路系統的心臟，它為系統提供著持續而穩定的能量，能量的好壞直接影響到系統的性能與可靠性。隨著電子工業的迅速發展，作為電源中一員的DC-DC變換器有著體積小，效率高等優點，被廣泛應用于各種設備。DC-DC變換器的靜態參數是評價DC-DC變換器性能的主要參數，它是生產廠家與使用單位質量控制的必測參數，而參數不確定度是對測試平臺及測試環境的一種考量，直接影響產品性能的評估結果。本文以國內生產廠家某型混合集成電路DC/DC變換器靜態參數：輸出電壓Vo及轉換效率η的測試為例，闡述一種DC-DC變換器靜態參數測試不確定度的評定方法。

2 不確定度評定

2.1 不確定度評定方法介紹

在國家計量技術規范JJF1059.1-2012中介紹了兩種不確定度的評定方法：A類評定方法與B類評定方法。

A類評定方法是指運用統計分析的方法對測得的量值進行測量不確定度分量評定的方法。主要適用于測試條件可復現的不確定度評定。

B類評定方法是指主要依據權威機構發布的量值、有證標準物質的量值、校準證書、儀器漂移、經檢定的測量儀器的準確度等級或根據人員經驗推斷的極限值等進行不確定度評定的方法。

2.2 不確定度評定實例

2.2.1 測試過程描述及測試數據結果

測試的樣品是輸入電壓為28V，輸出電壓為±5V，滿載電流為±0.15A的雙路輸出DC/DC變換器，測試使用Chroma 8000測試系統及合適的測試夾具進行，測試系統在計量有效期范圍內。在相同的條件下（測試設備、人員、環境條件均相同；每次測試均重新插上樣品）對樣品進行10次連續測試，獲得一組測試數據。測試方法依據SJ20646-97《混合集成電路DC/DC變換器測試方法》。輸出電壓Vo、轉換效率η測試結果分別如表1、表2所示。

表1 HSS028D5-A的輸出電壓Vo測量值

表2 HSS028D5-A的效率η測量值

2.2.2 不確定度來源分析

測試條件相同，因環境影響所引起的測試誤差可忽略不計。本次測試不確定度的來源主要有兩個：1）多次測試結果不重復引入的重復性測試不確定度；2）測試設備Chroma 8000功率模擬集成電路測試系統的誤差引入的不確定度。

2.2.3 不確定度評定方法確定

測試條件可重復，可采用A類不確定度方法評定。測試系統的測試誤差存在固有的準確度等級，有據可查，可用B類不確定度的評定方法評定。

2.2.4 參數不確定度評定

由A類評定方法評定出的不確定度分量記為μ1，由B類評定方法評定出的不確定度分量記為μ2。

1）輸出電壓Vo不確定度評定

（1）A類不確定度分量（μ1）評定

按式（1）計算Vo的平均值：

得出：（Vo1）=5.0016V，（Vo2）=-5.0143V。

按式（2）貝塞爾法計算標準差：

得 出：μ1(Vo1)=0.000339935V ，μ1(Vo2)=0.000422953V。

（2）B類不確定度分量（μ2）評定

測量被測件時使用測試系統中數據采集單元34970A的10V電壓檔位測量，該檔位最大允許誤差e=±（0.0035%×讀數+0.0005%×量程）V，在區間內可認為均勻分布，包含因子，半寬度α=|e|。按式（3）計算B類不確定度分量：

得出：μ2(Vo1)=0.000129936V ，μ2(Vo2)=0.000130193V。

（3）合成不確定度Uc評定

根據測量結果的A類和B類不確定度分量，計算得出合成不確定度Uc。輸出電壓為直接測量量，合成不確定度計算見式（4）。

得出：Uc(Vo1)=0.000363922V，Uc(Vo2)=0.000442537V。

（4）擴展不確定度U評定

包含因子K=2，置信概率約為95%。輸出電壓的擴展不確定度U計算見式（5）：

得出：U(Vo1)=0.000727843V，U(Vo2)=0.000885074V。

2）轉換效率η的不確定度評定轉換效率η為間接測量量，η=，它的直接測量量為Vin、Iin、Vo1、Vo2、Io1、Io2。間接測量量的不確定度評定過程大致如下：

首先要求出各直接測量量的合成不確定度，再根據公式求出各直接測量量合成不確定度的靈敏度系數，最后由各直接測量量的合成不確定度與靈敏度系數求出間接測量量的合成不確定度及擴展不確定度。

（1）A類不確定度分量（μ1）評定

根據式（1）計算各測量量的平均值，式（2）計算各直接測量量的A類不確定度分量μ1，結果如表3所示。

表3 η各直接測量量的、μ1的計算結果

表3 η各直接測量量的、μ1的計算結果

images/BZ_62_1011_781_1053_832.png(Vin)images/BZ_62_1011_781_1053_832.png( )Vo1 U( )Io1 μ1( )Vin μ1( )0.06821A-5.01487V-0.15A 0.000036192A 0.000382422V 0.000000000A Vo1 μ1( )images/BZ_62_1011_781_1053_832.png(Iin)images/BZ_62_1011_781_1053_832.png(Vo2)images/BZ_62_1011_781_1053_832.png( )I o2 μ1( )I in μ1( )Io1 27.99906V 5.00270V 0.15A 0.000036661V 0.000379192V 0.000000000A Vo2 μ1( )I o2

（2）B類不確定度分量（μ2）評定

測量Vo1、Vo2時使用34970的10V電壓檔位，該檔位最大允許誤差e=±（0.0035%×讀數+0.0005%×量 程）V；測量Io1、Io2時，使用63610-80-20的0.2A檔位，該檔位最大允許誤差e=±（0.05%+0.05%×量程）×讀數A；測量Vin時，使用34970的100V電壓檔位，該檔位最大允許誤差e=±（0.0045%×讀數+0.0006%×量程）V；測量Iin時，使用62024P-100-50的10A檔位，該檔位最大允許誤差e=±（0.1%+0.1%×量程）×讀數A；在區間內可認為均勻分布，包含因子，半寬度α=|e|，由式（3）計算得出各直接測量量的不確定度分量μ2如表4所示。

表4 η直接測量量的μ2計算結果

（3）合成不確定度評定

①計算直接測量量的合成不確定度Uc

按式（4）計算得出直接測量量的合成不確定度Uc，計算結果如表2～5所示。

表5 η直接測量量的Uc計算結果

②計算各直接測量量的靈敏度系數

按式（6）計算得出直接測量量合成不確定度的靈敏度系數|c（x）|：

表6 η直接測量量的|c（x）|計算結果

③計算間接測量量η的合成不確定度Uc

按式（7）計算間接測量量η的合成不確定度Uc。

得出：Uc(η)=0.501830179%。

（4）擴展不確定度評定

包含因子K=2，置信概率約為95%。根據式（2）～（5）計算的η的擴展不確定度U(η)=1.003660359%。

3 結語

在實際工作中，當計算出的擴展不確定度不影響結果判斷的情況下可以忽略不計，但當擴展不確定度影響判斷結果的時候，應及時分析原因，及時糾正。比如原因之一為儀表的誤差較大，應使用更精確的測試儀器再次測量，降低不確定度，提高測量準確度，使計算出的拓展不確定度可忽略。若沒有測量誤差更小的儀器來替代，則沒有理由說明產品不滿足要求。

本文結合實際DC/DC變換器靜態參數的測試，選取了輸出電壓及轉換效率兩種典型靜態參數進行了參數測量不確定度的評定，既包含直接測量參數，也包含各直接測量分量不相關的間接測量參數，具有一定的普遍性，為DC-DC變換器不確定度的評定提供了參考價值。