基于Lab VIEW的DC/DC变换器测试系统的设计分析

卜明磊

摘  要：目前，针对实验室环境设计并投入使用的DC/DC变换器工作量与日俱增，当检验工作增多的情况下，可能会因为操作失误而产生误差。在这一发展背景下，文章设计了基于Lab VIEW的DC/DC变换器测试系统，并对其实际应用案例进行了分析，希望可以为这一领域的发展提供一些参考。

关键词：测试系统;DC/DC变换器;浪涌电流

中图分类号：TM46         文献标志码：A 文章编号：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变换器使用模块组件电池电源模式，所以其可靠性高并且系统升级简单，在现代社会发展中应用范围不断扩大。但是在高频软件开发和封装技术持续升级的情况下，DC/DC变换器工作压力不断加大，自主设计研发出兼具通用性与扩展性的DC/DC变换器测试系统提升设备运行效率十分必要。

1 DC/DC变换器参数介绍与关键技术

1.1 参数介绍

1.1.1 输出电压与输入电流。输出电压和输入电流分别指的是DC/DC变换器输出端的额定输出电压值和额定输入电流值。在对系统进行测试中，测试参数的指标体现在输出电压的精准度方面，且当其与标准值越接近的情况下，系统整体性越好，一般来说，DC/DC变换器的输出电压和输入电流精度为1%[1]。

1.1.2 调整率。DC/DC变换器的调整率主要指的是线性调整率，线性调整率还可以被称为电压调整率，能直接反映DC/DC变换器在不同输入电压条件下的输出稳定性。当线性调整率的参数缩小时，说明变换器的输出能力得到增强，性能得以优化。调整率参数是静态参数，表示输入稳定状态下，输出为特定负载，不同输入电压下产生输出电压的一致性。

1.1.3 暂态响应。暂态响应是系统在负载变化速度过快的情况下，DC/DC变换器对负载电流出现突变时的应变能力，暂态响应直接反映出了DC/DC变换器对于负载阶跃变化的响应程度，可以得出DC/DC变换器在保持稳定状态下出现的输出过冲与连续振荡。暂态响应可以被视为是过冲电压恢复时间的关键参数，过冲电压越小恢复时间越短，说明了DC/DC变换器的响应能力越好。

1.1.4 过电保护。DC/DC变换器过电保护是当系统内部的输出电压超出了额定电压，设备的输出系统会进入到自动关闭状态，以避免出现电路超额负载的情况的一种系统自动保护模式。这种模式可以应用到DC/DC变换器在遇到上述异常问题时状态的验证，例如，部分馈线或者元器件受到受损，系统内的部分元件可能会产生异常输出高电压的情况，过电保护功能可以据此做出正确反应，并实现对系统电压敏感负载管理。

1.1.5 输出功能调节。输出功能的调节主要指的是DC/DC变换器可以根据实际需求，完成系统的调节，通过特定的外界电路，能实现系统电压值的调整。一般来说，通过调整电压可实现输出电流值的调整。虽然国际上对这一方面的管理已经形成了较为成熟规格体系，但是在具体应用中，仍需要非常规格式的电源电压，可调功能十分重要。

1.1.6 功率能耗。功率能耗是DC/DC变换器的重要参数，在进行系统设计中，要着重对其进行优化。一般来说，DC/DC变换器的功率体现出了系统的负载能力，其效率直接反映DC/DC变换器功率的传递能力，即自身功率损耗能力。高效率是DC/DC变换器的运行目标，效率越高表示系统的损耗越小，其性能也更好。

1.1.7 浪涌電流。浪涌电流是DC/DC变换器开启时产生的最大电流，变换器内部有输入和输出两个电容，负载端可能含有其他附加的电容，这些电容需要电流进行充电，使其达到稳定的状态，这环节中产生的电流即为浪涌电流。大的浪涌电流会对系统内部临近电路造成电磁干扰，甚至还会引起逆流电路断路器跳闸，或者使用固态功率控制器过流保护失控。

1.2 关键技术

DC/DC变换器测试系统设计中，要搭建符合多参数测试的系统框架，为了提高这一系统应用的灵活性，要从整个测试过程着手，建立多个全局变量，以确保每个测试软件程序应用都更为合理，减少最终应用建立器软件测试文件编程时的工作量。通过软件测试的方式，可以实现电压测量的精度补偿与误差补偿，建立更为灵活的测试进程，满足测试方法的要求，同时也能满足器件级编程的需求，提高系统整体测试的灵活性与便捷程度，以通用的测试程序，实现不同测试方案的灵活筛选[2]。

2 基于Lab VIEW的DC/DC变换器测试系统设计与分析

2.1 设计原理

DC/DC变换器测试平台系统的设计主要包括了硬件设计与软件设计两个部分，其硬件部分设计主要是包括了DC/DC变换器、电子负载、可调式程序控制电源、信号采集电路、电流和电压传感器、数据采集卡等。软件平台设计主要是基于测试平台的虚拟软件的应用程序。测试系统的设计整体以虚拟仪器软件作为核心，并对整个测试平台进行控制。主要的内容包括了模拟电子负载控制、测试输入电源控制、参数设计、流程控制与结果显示与存储。在测试中，使用虚拟仪器平台可以实现电子负载与程控电源的直接控制，对DC/DC变换器的工作状态进行模拟，进而实现不同状态下，DC/DC变换器电气参数的控制[3]。

2.2 设计要求

将变换器设备作为一种电力变换器，能够实现直流电源转换为电平状态电流模式，以暂存调整与存储的方式，实现系统电能的存储和调取。在这一环节中，变压器、电感器均可以被视为是存储元件，以占比控制的方式能完成电流与电压的精准调节。

在设计研发阶段，要确保精准掌握设计参数对最终质量所产生的影响，并根据测试的结果，判断产品的性能。在实际应用中，DC/DC变换器的测试系统要满足基本的输出电压精度、负载调整率、电源调整率、效率、短路、纹波与噪声和过电保护的测试。控制程控电源与电子负载模拟器设备，要模拟DC/DC变换器在不同工作模式下的状态，并对其输入和输出的电流与电压数据进行采集，通过进一步分析的方式，得出系统功率与参数等性能参数，从而达到测试的目的[4]。

2.3 设计方案

2.3.1 硬件设计

为了确保系统测试的精准度，工作人员在进行设计中，要着重对硬件设备进行优化设计。特别是在硬件设备的选择中，不仅要确保其可以满足DC/DC变换器输入和输出的基本参数，同时还要尽可能保证硬件设备的精准性，提高系统测试的精准性与有效性。

（1）本次研究工作中，采用了安捷伦公司生产的直流电源与电子负载模块，其中，直流电源有0.01%负载与电源调整率，提高了系统的稳定性，即便当电源与系统负载出现明显波动的情况下，系统仍旧能保持较高的稳定性，输出结果更为精准。并且，这一模块的常模电压和共模电流的噪声都处于较低的水平，测试结果不会受到电压与电流噪声的影响，精准性有可靠保证。（2）可编程直流电源电子负载的模块自带GBIP接口，可以与虚拟仪器平台直接相连。在操作前只需要在NI官网下载相应的驱动程序，就可以在变成中调用相应的驱动程序，实现系统的精准化控制。（3）数据采集卡选择的是USB-1352A多功能数据采集卡，能为系统提供12-bit动力，采样的效率最高可以达到500ks/s，同时开启的模拟信号采集通道可达16个，并能通过通道软件选择对应的电压量程。

2.3.2 软件设计

系统的软件设计环节主要使用了测试平台环境，采用图形化编程语言，能实现广泛的数据采集和应用，实现系统的自动测试。在此次研究中，工作人员Lab环境下进行了编译，运用其强大的图形化界面，实现了软件平台的模块划分，根据不同的测试项目进行了模块化设计，提高了整体测试的灵活性。

以电源调整率检测模块为例，在对这一软件进行设计中，电源调整率的表征DC/DC变换器在受到外部环境的电压变化时，系统会作出相应的反应。软件程序的检测逻辑为：虚拟软件平台通过GPIB总线将电子负载设计为额定负载，首先，将程控电源输出电压设置的DC/DC变换器标称输入电压相等，测出DC/DC变换器的输出电压，即为V1。其次，将程控电源输出的电压设置成和DC/DC变换器输入电压上限值相等，测出DC/DC变换器输出电压为V2。最后，将程控电源输出电压值设置成与DC/DC变换器的输入电压值下限相等，测出其输出结果为V3，将三个结果中的最大值记为V4，依据公式计算出电源调整率P：

2.4 测试实例

本次研究工作中，选择的待测试的设备是由法国某公司生产标准型号变换器设备，输入电压范围在18V至45V之间，额定输出的电流与电压分别为4A和5V。

在进行测试中为了能够实现系统自动滤波，在研究中应用了测试夹具的方式进行验证，这种方法能够将原本系统内的负载转百年成为电子负载的模式，并按照既定的测试原理、结构以及规范示意图，可完成系统模块的功能性测试，因为测试软件本身并没有数据库直接访问的功能，所以在进行系统测试中，要应用Lab VIEW當中的数据库访问工具包进行数据库访问，获取测试所需要的各种数据。将复杂的底层数据库操作进行封装，转变成为系列性的Lab SQL VI模式，可以使操作更加简单，测试得到的数据与结果经过处理之后，根据用户的需求选择是否进行保存。

综上所述，DC/DC变换器因其较小体积、较强的可靠性等方面的优势特征，被广泛地应用到航海、汽车电子、军事和航空航天事业的控制系统中。基于Lab VIEW的DC/DC变换器测试系统研发设计，充分应用了现有的技术与资源，实现了根据委托方的测试要求完成对DC/DC变换器的合格性判定，同时避免了单台手动工作，使分散的仪器设备得到更集中地管理，进一步提升设备的通用性与扩展性。

参考文献：

[1]郭昊，杨凌霄，赵瑞林.基于Lab VIEW的DC/DC变换器测试系统的设计与开发[J].汽车实用技术，2019（02）：105-107.

[2]陈娣，李丹佳，朱廷伟.基于PXI总线的姿态角变换器高精密测试系统设计[J].宇航计测技术，2015，35（02）：17-21.

[3]张晓亮，姜涛，张桂林.基于LabVIEW的直流电机转向调速系统设计[J].机械工程师，2015（04）：27-29.

[4]谷海涛.DC-DC变换器批量通用测试系统设计与实现[D].中国科学院大学，2013.