黃 弋， 周 菁

（金元證券股份有限公司，北京 100875）

0 引言

DC/DC模塊電源在通信系統(tǒng)中也稱二次電源，它是由一次電源或直流電池組提供一個(gè)直流輸入電壓，經(jīng)DC/DC變換以后在輸出端可以獲得一個(gè)或幾個(gè)直流電壓。DC/DC模塊電源廣泛用于微波通訊、航空電子、地面雷達(dá)、消防設(shè)備、醫(yī)療器械等諸多領(lǐng)域。

本文主要介紹DC/DC模塊電源的隔離特性以及在高壓電路中的應(yīng)用。

1 DC/DC模塊電源的隔離特性

在電路設(shè)計(jì)中，為了提高通信設(shè)備或裝置在信號(hào)傳輸中的抗干擾能力、可靠性及滿足一些儀表、儀器在復(fù)雜環(huán)境中的測(cè)量精度，往往在其部分電路或器件上采用了輸出穩(wěn)壓的隔離型電源模塊供電。

如在圖1所示的A/D轉(zhuǎn)換電路中，運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換芯片采用的是DC/DC模塊電源進(jìn)行供電，進(jìn)而有效的抑制電磁干擾和消除接地環(huán)路的影響，提高了A/D轉(zhuǎn)換電路的可靠性。

圖1 A/D轉(zhuǎn)換器電路

DC/DC的隔離特性除上述應(yīng)用外，在ATE的高壓電壓電流源設(shè)計(jì)中可加以利用，有效的降低設(shè)計(jì)難度及成本。

2 電壓電流源設(shè)計(jì)

2.1 程控電壓電流源設(shè)計(jì)

在常規(guī)ATE的電壓電流源設(shè)計(jì)中，經(jīng)常選用如圖2所示的設(shè)計(jì)原理。

圖2 設(shè)計(jì)原理框圖

如圖2所示，施加DA可根據(jù)輸出信號(hào)要求提供對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，箝位DA可設(shè)置保護(hù)范圍，VIF、VIS為電壓電流源的開爾文輸出端。通過控制聯(lián)動(dòng)開關(guān)K1、K2，可實(shí)現(xiàn)程控輸出電壓、電流的功能。當(dāng)K1、K2觸電處于“A”時(shí)，本電路實(shí)現(xiàn)恒壓源功能，同時(shí)可在“測(cè)量AD”端讀取輸出電流值；當(dāng)K1、K2觸電處于“B”時(shí)，本電路實(shí)現(xiàn)恒流源功能，同時(shí)可在“測(cè)量AD”端讀取輸出電壓值。

2.2 高壓電壓電流源設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在高壓電壓電流元設(shè)計(jì)中，通常選用大量高壓運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)。如圖3所示高壓電壓電流源實(shí)現(xiàn)中，U1～U4 選用高壓運(yùn)算放大器OPA544，所有通過調(diào)整OPA544的電源電壓值，可使程控電壓電流元輸出至±30 V。

2.3 DC/DC模塊電源在高壓電壓電流源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在圖3所示高壓電壓電流源實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用中，高壓運(yùn)放的引入雖然提高了電路的電壓范圍，但成本大幅提高，且高壓電源的多處引用勢(shì)必增加線路板的干擾源及整板 布局、布線的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 高壓電壓電流源實(shí)現(xiàn)

本文引入隔離型DC/DC，利用DC/DC的隔離特性，可很好的解決高壓電路的上述問題。

如圖4所示5D15的應(yīng)用，在圖3中引入DC/DC器件5D15，該器件輸入5 V電壓，可輸出相對(duì)于輸出地為±的電源。將圖3中的“BFOUAT”作為5D15的輸出端參考地，則5D15的輸出端分別輸出“BFOUAT+15”、“BFOUAT-15”電壓。

圖4 5D15的應(yīng)用

將圖4中的輸出端作為運(yùn)算放大器的供電電源連接至圖3中的U2～U4，可實(shí)現(xiàn)將U2～U4用常規(guī)運(yùn)放代替的效果，且不再需要高壓電源的大量應(yīng)用。隨著高壓電壓電流源輸出電壓值的變化，U2～U4的電源電壓隨之變化，但差值恒定為30 V，可保證運(yùn)放及整個(gè)電路正常工作。

2.4 測(cè)試數(shù)據(jù)

按照?qǐng)D4所示將雙輸出DC/DC器件5D15加入至圖3中,對(duì)電壓電流源的輸出進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，電路輸出的穩(wěn)定性、精度及建立時(shí)間良好。

圖5、圖6為加入5D15后電路的實(shí)際輸出波形。

對(duì)本文所述電路進(jìn)行電壓精度測(cè)試，實(shí)際輸出值與精度如表1所示，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)精度良好，絕大部分?jǐn)?shù)值誤差在0.5%以內(nèi)。

圖5 Vo=10 V輸出波形

圖6 Vo=80 V輸出波形

表1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

對(duì)加入DC/DC后的電壓電流源電路進(jìn)行加電流測(cè)試，對(duì)標(biāo)稱0.2Ω電阻施加5A電流、重復(fù)1000次測(cè)試電阻兩端電壓，測(cè)試結(jié)果中最大值為1.10781 V，最小值為1.1094 V，平均值為1.108612 V。數(shù)據(jù)正態(tài)分布見圖7。

圖7 測(cè)試數(shù)據(jù)分布圖

3 結(jié)論

本電路充分利用了隔離型DC/DC的隔離特性，將DC/DC的輸出作為運(yùn)算放大器的供電電源，即保障了高壓電路的正常工作，又大幅削減了高壓運(yùn)算放大器在電路中的應(yīng)用。通過實(shí)際測(cè)試，因如5D15后，即是采用常規(guī)運(yùn)放LF356，可使電路穩(wěn)定輸出±100 V電壓范圍。此效果可有效降低產(chǎn)品成本，減少電路中的干擾來源，提高安全性。

[1]呂長(zhǎng)志,馬衛(wèi)東,謝雪松,張小玲,劉揚(yáng),黃春益,李志國(guó).DC/DC電源模塊可靠性的研究[J].北京:北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010(07).

[2]李婷婷,李洪波.數(shù)控大功率精密恒流源設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù),2006(05).

[3]時(shí)萬春,張東,魏道政,孫義和.現(xiàn)代集成電路測(cè)試技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[4]姜巖峰,張曉波,楊兵. 集成電路測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[5]周淑閣.模擬電子技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2008.

[6]徐智偉,張盛兵.Soc的可測(cè)性涉及策略[J].北京:計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2008(08).

[7]譚永良,伍廣鐘,崔華醒,吳文仕.自動(dòng)測(cè)試設(shè)備加流測(cè)壓及加壓測(cè)流的設(shè)計(jì)[J].上海:電子技術(shù),2011,38(1).

[8]馮建科,張生文,郭士瑞.VXI數(shù)?；旌闲盘?hào)集成電路測(cè)試系統(tǒng)[J].北京:電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào),2005,19(2).