【導讀】關(guān)于交流特性測量方法討論的一部分描述了短路和過(guò)載電流特性、遠程開(kāi)/關(guān)控制和隔離電壓。它還涵蓋了 DC-DC 轉換器的隔離電阻和電容、動(dòng)態(tài)負載響應以及輸出紋波或噪聲。
關(guān)于交流特性測量方法討論的一部分描述了短路和過(guò)載電流特性、遠程開(kāi)/關(guān)控制和隔離電壓。它還涵蓋了 DC-DC 轉換器的隔離電阻和電容、動(dòng)態(tài)負載響應以及輸出紋波或噪聲。
短路和過(guò)載電流
輸出短路（S/C）電流是輸出引腳相互連接時(shí)流過(guò)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，導致輸出電壓低于 100mV。對于單輸出轉換器，短路測試在VOUT+和VOUT-之間進(jìn)行。對于雙極性輸出轉換器，短路測試可以在 VOUT+ 和 VOUT-、VOUT+ 和公共端或 VOUT- 和公共端之間進(jìn)行。
低功率、未穩壓的 DC/DC 轉換器通常沒(méi)有短路保護。行業(yè)慣例是聲稱(chēng)具有 1 秒的短路能力。這通常是內部組件過(guò)熱和燒毀所需的時(shí)間。因此，在進(jìn)行短路測試之前，開(kāi)發(fā)人員必須首先確定轉換器是否受 S/C 保護，如果是，則使用哪種保護：具有熱關(guān)斷、電流折返或打嗝保護的功率限制。
過(guò)載保護與短路保護不同。如果輸出電流超過(guò)設定限值，通常為額定輸出電流的 110% – 150%，則限流 DC/DC 轉換器將允許輸出電壓降低，以保持電流穩定在此限值。如果負載進(jìn)一步增加，則輸出電壓將成比例降低。轉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(guò)載被消除，轉換器將恢復正常運行，但如果過(guò)載持續很長(cháng)時(shí)間，內部功耗增加將導致轉換器過(guò)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 )被限制在設定的限值內，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，并且只要內部組件額定電流較高，轉換器就可以無(wú)限期地運行。因此，轉換器有可能在過(guò)載情況下發(fā)生故障，但在無(wú)限期短路中仍能完好無(wú)損。限流保護的一種變體是電流折返保護（圖 1）。
輸出電流限制和折返特性
當輸出電流超過(guò)設定限值時(shí)，該限值將重置為低得多的限值。DC/DC 轉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(guò)斷開(kāi)轉換器與電源的連接來(lái)重置此模式。雖然限流或電流折返對于中低功率 DC/DC 轉換器來(lái)說(shuō)是非常有效的短路保護方法，但對于較高功率轉換器來(lái)說(shuō)它們可能無(wú)效。
如果 1 W 轉換器具有 150% 的電流限制，則轉換器必須在過(guò)載或短路條件下應對 500 mW 的額外功耗，但 50 W 轉換器必須處理 25 W 的額外功耗。這會(huì )使內部組件迅速過(guò)熱，但過(guò)度指定它們來(lái)承載這種高故障條件電流在經(jīng)濟上可能不合理。
解決這個(gè)問(wèn)題的方法是使用打嗝保護。當輸出電流超過(guò)設定限值時(shí)，轉換器立即關(guān)閉。短暫延遲后，轉換器嘗試重新啟動(dòng)。如果輸出電流仍然超過(guò)限制，轉換器將再次關(guān)閉并重復該循環(huán)。
打嗝保護的優(yōu)點(diǎn)是，如果故障條件消除，轉換器會(huì )在下一個(gè)打嗝時(shí)自動(dòng)重新啟動(dòng)。這種保護形式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，雖然短輸出脈沖會(huì )導致內部功耗暫時(shí)較高，但打嗝之間的較長(cháng)等待時(shí)間允許內部組件再次冷卻，從而使轉換器冷運行而直接短路。
打嗝保護的缺點(diǎn)是高容性負載會(huì )觸發(fā)打嗝機制，并且轉換器會(huì )拒絕啟動(dòng)到高容性負載。另一個(gè)缺點(diǎn)是如果 DC/DC 轉換器用于在長(cháng)電纜網(wǎng)絡(luò )上提供總線(xiàn)電壓。線(xiàn)路上任何地方的短路都會(huì )觸發(fā)打嗝機制，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 DC/DC 轉換器測試短路功能的簡(jiǎn)單方法就是簡(jiǎn)單地聆聽(tīng)。具有打嗝保護功能的轉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(lái)監視輸出。
要測量限流或電流折返性能，可以使用圖 3 中所示的測試設置。在上面的測試設置中，數字萬(wàn)用表 (DMM) 用于直流電流測量模式，并且內部分流電阻器用作短路元件。必須對此進(jìn)行監控，以檢查 DC/DC 轉換器輸出端子處的電壓是否不超過(guò) 100 mV。對于較大的短路電流，這會(huì )超出數字萬(wàn)用表的測量范圍，或導致大于 0.1 V 的壓降，應使用外部分流器。選擇分流電阻值，使 RS < 0.1 V/ISHUNT 且 PV > 0.1 V ISHUNT。
測量短路特性
遠程開(kāi)/關(guān)控制
在許多系統中，希望能夠遠程打開(kāi)和關(guān)閉 DC/DC 轉換器。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 轉換器都有一個(gè)控制輸入（開(kāi)/關(guān)控制引腳），通過(guò)該輸入可以將轉換器切換到待機模式?？刂埔_是一個(gè)易于驅動(dòng)的引腳，因為任何集電極開(kāi)路信號或 NPN 晶體管都可用于控制轉換器，因為它只需要幾毫安的驅動(dòng)電流即可切換高功率轉換器。
應注意控制邏輯的類(lèi)型。正邏輯意味著(zhù)轉換器在高電平或邏輯“1”信號時(shí)打開(kāi)，在低電平或邏輯“0”信號時(shí)關(guān)閉?？刂戚斎??在內部被拉高，因此如果未連接，轉換器將打開(kāi)。這種變體更常用，因為如果不需要控制引腳，轉換器就會(huì )處于活動(dòng)狀態(tài)。
對于隔離轉換器，數據表還應說(shuō)明開(kāi)/關(guān)控制所參考的其他引腳。在大多數情況下，參考電位是初級電路的地，但在某些轉換器中，開(kāi)/關(guān)控制位于輸出側，并以次級 VOUT- 為參考。如果使能信號源自初級側，則必須使用光耦合器等隔離元件來(lái)切換輸出。
所有控制引腳輸入都應具有一定的遲滯，以消除緩慢上升的控制信號的重復開(kāi)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，使轉換器等待，直到輸入電壓達到在嘗試啟動(dòng)之前穩定下來(lái)（圖 4）。數據表指定遠程引腳電壓 VREMOTE 作為閾值。當 0 < VREMOTE < 1.2 V 時(shí)，典型值為邏輯“0”；當 3.5 < VREMOTE < 12 V 時(shí)，典型值為邏輯“1”。這意味著(zhù)，隨著(zhù) VREMOTE 電壓的上升，轉換器將在電壓超過(guò) 1.2 V 時(shí)開(kāi)啟，并且VREMOTE 電壓下降，當電壓降至 3.5 V 以下時(shí)，轉換器將關(guān)閉。
驅動(dòng)開(kāi)/關(guān)控制引腳的各種方法
隔離電壓
在隔離式 DC/DC 轉換器中，初級和次級通過(guò)變壓器隔離和光耦合器隔離分開(kāi)，這意味著(zhù)兩個(gè)電路之間沒(méi)有直接電流路徑，從而實(shí)現所謂的電流隔離。隔離電壓描述了這種分離的性質(zhì)。規定了高測試電壓；無(wú)論是直流電壓還是交流電壓的均方根值，當電壓施加在初級側和次級側之間時(shí)，不應有明顯的電流流過(guò)。
直流和交流 HiPot 測試之間的等效性也不是那么簡(jiǎn)單，因為測試時(shí)間超過(guò) 1 秒。由于局部放電 (PD) 現象，60 秒的測試會(huì )對隔離柵施加更大的壓力。局部放電描述了由于內部空隙或不一致而在絕緣介質(zhì)內的耦合路徑之間施加高電壓而導致的瞬時(shí)擊穿。
考慮傳統漆包變壓器線(xiàn)的結構。（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性，絕緣層內也可能存在空隙。
具有穿過(guò)絕緣體的局部放電 (PD) 路徑的漆包線(xiàn)的橫截面
當隔離介質(zhì)內發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì )產(chǎn)生瞬時(shí)電流，但電線(xiàn)仍然是絕緣的。然而，電壓應力現在導致絕緣屏障的厚度減小。電壓應力可能會(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(lái)并導致完全故障需要時(shí)間。施加 HiPot 電壓的時(shí)間越長(cháng)，發(fā)生故障的可能性就越大。因此，1 分鐘的 HiPot 測試比 1 秒的典型生產(chǎn)測試壓力更大。額定值為 1000 Vdc/1 秒的轉換器只能在 500 Vac/1 分鐘下進(jìn)行測試，以減少此類(lèi)累積 PD 故障導致問(wèn)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進(jìn)行測量。隔離電阻通常使用兆歐表或類(lèi)似儀器在 500 Vdc 電壓下測量，通常為 10 GΩ 或更高。隔離電容必須在1MHz的高頻下測量，以消除板載濾波電容的影響。根據變壓器的結構，絕緣電容可以從 5 pF 到 1500 pF 不等。與所有極低電流測量一樣，結果可能會(huì )受到空氣濕度和溫度的強烈影響。
動(dòng)態(tài)負載響應
動(dòng)態(tài)負載響應 (DLR) 指定 DC/DC 轉換器對負載階躍變化的反應。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所需的時(shí)間或輸出電壓與標稱(chēng)輸出電壓的偏差或 DLR 的完整定義，兩者都需要眾所周知，但大多數數據表僅指定穩定時(shí)間。此外，一些制造商使用25%至100%負載，一些制造商使用50%至100%負載，還有一些只是說(shuō)“25%階躍變化”而沒(méi)有指定裕度，因此不同制造商的數據表之間的直接比較是不可能的。通常，確定的方法是親自測試轉換器。
輸出紋波/噪聲
所有 DC/DC 轉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，具體取決于拓撲。
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