為具體應用情景選擇合適電源—從一開始就使用精確的 DC/DC轉換器測量值為何至關重要

車輛的性能數據一直是車主們津津樂道的話題。許多人曾表示，如果汽車油耗超過制造商數據 1到 2升，就是欺騙消費者，但“欺騙”的說法到底是否正確呢？換句話說，我們要應對的是電子行業設計師老生常談的主題，即實驗室收集的數據不同于實際應用中收集的數據。這是怎么發生的？是讀數真的有誤，還是在將 AC/DC電源或 DC/DC轉換器集成到電路中時還有其他需要考量的因素？對于前面提到的油耗數字問題，究根到底是因為，相比在附近山上滿載一家四口行駛的汽車，在預定測試賽道上行駛的空車油耗要低得多。在購車時，一般來說，預算等個人情況將決定我們購買哪款車，但我們該如何選擇合適的動力組件呢？

分析需求

我們首先要做的是定義各種電源的用途，這會引出一些看似很簡單的初步問題。

我們的關鍵目標是將應用情形的輸入電壓調整到新的電勢，據此要思考：

• 是否應拆分電勢？
• 輸入和輸出電壓的范圍是多少，以及輸出相應電流需要什么？
• 我為哪種設計留有空間？例如，電路板上的其他組件是否允許使用這種設計？
• 需要該電路的最終產品是什么？
• 需要遵守哪些規定？（工業、鐵路或醫療）
• 該應用情形有哪些環境條件？
• 整個電路和應用情景應該或必須達到多高的可靠性？

誠然，保時捷 911是一輛好車，但它并不適合穿越南美洲熱帶雨林的探險，四輪驅動的吉普車是更好的選擇，這一點很容易理解。

但選擇合適的電源并非總是如同選擇合適的汽車那么簡單。

弄清上述標準基本問題的答案后，我們接下來還要探討本文打算更全面地研究的問題：

• 如何正確地測量并避免誤差？
• 應該如何處理紋波和噪聲？
• 出現浪涌電流時會發生什么？
• 關于電磁兼容性 (EMC)，我需要注意什么？

瑞士制造商 Traco Power的產品組合包括超過 25個 3瓦 DC/DC轉換器系列，如具有超低紋波和噪聲的 TVN系列；經認證可用于醫療應用的 THM系列開放式框架版本；還有經批準適用于具有 3000 VDC絕緣電壓的鐵路應用情形的 TMR-WIR系列，可謂應有盡有。我們可能都想要能一次性滿足所有必要需求的轉換器，想要現成的解決方案，但這通常成本更高，因為我們需要不止一個轉換器來滿足需求，或者需要額外的布線來達到要求的參數值。 那么，要找到解決方案，我們需要先確定什么？首先是要確定我們需要的測量值—通過簡單的測量，我們可以輕松做出粗略的評估：轉換器和負荷上的輸入和輸出電壓和電流，以及可能的效率變化。

避免測量誤差

需要考慮的一個基本點是，每次測量都會改變電路的實際狀態，并且需要將任何影響保持在盡可能小的水平。這意味著，即使是“簡單的測量”，也建議采用 4線式測量。用獨立的測試引線測量電流和電壓意味著引線的固有電阻對數值的影響較小。考慮最終用途也很重要。例如，在手術室中，電源和實際負荷之間可能有 30米長的導線。如果負荷需要 24V電壓，則電源需要更高的輸出電壓來抵消導線上的電壓損耗。

這意味著需要對負荷和電源都進行測量。請查看下面對電源進行典型 4線式電壓測量的例子。

確定并改變紋波和噪聲

為什么要測量紋波和噪聲？無論是什么應用情形，DC/DC轉換器的紋波和噪聲都會存在于其實際工作區域中（如在測量電橋中），因此需要對其進行單獨考慮和評估。 紋波和噪聲是什么，如何才能對它們進行獨立測量？在 AC/DC和 DC/DC電路中，當內部電路引起不規則擾動時，就會產生紋波，而噪聲是指按開關頻率變換脈沖時產生并周期性返回的峰值。為了確定實際值，探頭必須與針腳、接地環以及測量尖端直接接觸。（見下文）為了能將結果與制造商的數據進行比較，示波器上的帶寬被限制在 20MHz，這是實驗室工作的常用值。

一般來說，只需兩個并聯開關電容器（如一個 100nF金屬薄膜電容器和一個 10μF電解電容器）即可降低噪聲和紋波，但請牢記，在最終的使用過程中，數據表上的值可能會受到其他因素的影響。

處理浪涌電流

以下信息對于確保上游組件尺寸正確非常重要。

• 電流基本上取決于開關速度，所以理想情況下，在實驗室中應使用水銀開關
• 電源的內阻抗應盡可能低
• 用退磁針尖測量電流

環境溫度對浪涌電流也有很大影響。例如，電解電容器的使用對溫度的依賴度很高。 下圖顯示 LED燈的浪涌電壓示例（黃線）。該圖還以紫色線顯示了 LED燈上的電壓起伏。可以看到圖中標記了該設備的接通點（橙色背景的 T圖標），此時電流達到 10A 左右的最大值，并且在 10ms內又回到 300 mA。

如果您遇到影響電路的浪涌電壓問題，使用熱敏電阻 (NTC)會有所幫助。

電磁兼容性

對于一般應用情形而言，確定 EMC兼容性（電磁兼容性）也很重要。使用內置濾波器的 DC/DC轉換器并不意味著您會符合為該應用情形指定的值，因為 EMC兼容性通常會受到幾個組件的影響。在許多情況下，出于安全考慮，輸出電壓必須與保護接地線相連，這可能會對 EMC產生重大影響。通常，電源制造商可以就如何遵守 EMC的值提供建議。

總結

總而言之，如果您能善用制造商的幫助和可用的簡單資源，不需要費盡千辛也能確定符合設計所需的電源組件。在進行任何評估和選擇之前，清楚定義您的需求很重要，同時也要認識到，在您真正需要什么和您想要什么之間存在很大的區別。回到我們在本文開頭提到的汽車制造商，有一點很重要，那就是要考慮如何正確進行測量，以及每次測量如何影響收集到的值。測試條和實驗室條件是在構建電路時定義的，但該電路實際上將在什么條件下使用呢？如果市面上沒有合適的設備，通過串聯或并聯開關，或者使用濾波器是否可能產生預期的結果？滿足 EMC要求在很大程度上取決于應用領域及其前提條件，如紋波、噪聲和浪涌電流。眾所周知，由于市場上的制造商眾多，某種產品的質量和價格千差萬別。

選擇一款“簡單”、無品牌、批量生產的設備是否足夠？試圖省錢的做法最終是否會讓您得不償失？您是否總是需要高端產品？無論有什么建議，最終的決定權都在客戶手中，但 Traco Power作為歐洲制造商具有得天獨厚的優勢，能為客戶提供多語言和德語支持。