隔离型DC/DC在高压电压电流源设计中的应用

黄 弋， 周 菁

（金元证券股份有限公司，北京 100875）

0 引言

DC/DC模块电源在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端可以获得一个或几个直流电压。DC/DC模块电源广泛用于微波通讯、航空电子、地面雷达、消防设备、医疗器械等诸多领域。

本文主要介绍DC/DC模块电源的隔离特性以及在高压电路中的应用。

1 DC/DC模块电源的隔离特性

在电路设计中，为了提高通信设备或装置在信号传输中的抗干扰能力、可靠性及满足一些仪表、仪器在复杂环境中的测量精度，往往在其部分电路或器件上采用了输出稳压的隔离型电源模块供电。

如在图1所示的A/D转换电路中，运算放大器和A/D转换芯片采用的是DC/DC模块电源进行供电，进而有效的抑制电磁干扰和消除接地环路的影响，提高了A/D转换电路的可靠性。

图1 A/D转换器电路

DC/DC的隔离特性除上述应用外，在ATE的高压电压电流源设计中可加以利用，有效的降低设计难度及成本。

2 电压电流源设计

2.1 程控电压电流源设计

在常规ATE的电压电流源设计中，经常选用如图2所示的设计原理。

图2 设计原理框图

如图2所示，施加DA可根据输出信号要求提供对应的电压信号，箝位DA可设置保护范围，VIF、VIS为电压电流源的开尔文输出端。通过控制联动开关K1、K2，可实现程控输出电压、电流的功能。当K1、K2触电处于“A”时，本电路实现恒压源功能，同时可在“测量AD”端读取输出电流值；当K1、K2触电处于“B”时，本电路实现恒流源功能，同时可在“测量AD”端读取输出电压值。

2.2 高压电压电流源设计实现

在高压电压电流元设计中，通常选用大量高压运算放大器来实现。如图3所示高压电压电流源实现中，U1～U4 选用高压运算放大器OPA544，所有通过调整OPA544的电源电压值，可使程控电压电流元输出至±30 V。

2.3 DC/DC模块电源在高压电压电流源设计中的应用

在图3所示高压电压电流源实现的应用中，高压运放的引入虽然提高了电路的电压范围，但成本大幅提高，且高压电源的多处引用势必增加线路板的干扰源及整板 布局、布线的技术风险。

图3 高压电压电流源实现

本文引入隔离型DC/DC，利用DC/DC的隔离特性，可很好的解决高压电路的上述问题。

如图4所示5D15的应用，在图3中引入DC/DC器件5D15，该器件输入5 V电压，可输出相对于输出地为±的电源。将图3中的“BFOUAT”作为5D15的输出端参考地，则5D15的输出端分别输出“BFOUAT+15”、“BFOUAT-15”电压。

图4 5D15的应用

将图4中的输出端作为运算放大器的供电电源连接至图3中的U2～U4，可实现将U2～U4用常规运放代替的效果，且不再需要高压电源的大量应用。随着高压电压电流源输出电压值的变化，U2～U4的电源电压随之变化，但差值恒定为30 V，可保证运放及整个电路正常工作。

2.4 测试数据

按照图4所示将双输出DC/DC器件5D15加入至图3中,对电压电流源的输出进行实际测试，电路输出的稳定性、精度及建立时间良好。

图5、图6为加入5D15后电路的实际输出波形。

对本文所述电路进行电压精度测试，实际输出值与精度如表1所示，实测数据精度良好，绝大部分数值误差在0.5%以内。

图5 Vo=10 V输出波形

图6 Vo=80 V输出波形

表1 实测数据

对加入DC/DC后的电压电流源电路进行加电流测试，对标称0.2Ω电阻施加5A电流、重复1000次测试电阻两端电压，测试结果中最大值为1.10781 V，最小值为1.1094 V，平均值为1.108612 V。数据正态分布见图7。

图7 测试数据分布图

3 结论

本电路充分利用了隔离型DC/DC的隔离特性，将DC/DC的输出作为运算放大器的供电电源，即保障了高压电路的正常工作，又大幅削减了高压运算放大器在电路中的应用。通过实际测试，因如5D15后，即是采用常规运放LF356，可使电路稳定输出±100 V电压范围。此效果可有效降低产品成本，减少电路中的干扰来源，提高安全性。

[1]吕长志,马卫东,谢雪松,张小玲,刘扬,黄春益,李志国.DC/DC电源模块可靠性的研究[J].北京:北京工业大学学报,2010(07).

[2]李婷婷,李洪波.数控大功率精密恒流源设计[J].通信电源技术,2006(05).

[3]时万春,张东,魏道政,孙义和.现代集成电路测试技术[M].北京:化学工业出版社,2006.

[4]姜岩峰,张晓波,杨兵. 集成电路测试技术基础[M].北京:化学工业出版社,2008.

[5]周淑阁.模拟电子技术[M].南京:东南大学出版社,2008.

[6]徐智伟,张盛兵.Soc的可测性涉及策略[J].北京:计算机测量与控制,2008(08).

[7]谭永良,伍广钟,崔华醒,吴文仕.自动测试设备加流测压及加压测流的设计[J].上海:电子技术,2011,38(1).

[8]冯建科,张生文,郭士瑞.VXI数模混合信号集成电路测试系统[J].北京:电子测量与仪器学报,2005,19(2).