CN113917228A - 面向dc-dc转换电路的工作效率检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向DC‑DC转换电路的工作效率检测电路及检测方法。在本发明实施例中，该工作效率检测电路包括输入电源、输出测量接口、电阻负载、电感和电容；其中，输入电源与DC‑DC转换电路的直流输入端连接；电感的第一端和DC‑DC转换电路的直流输出端连接，第二端和电容的第一端连接；电容的第二端接地；输出测量接口分别连接电阻负载及电感和电容的公共端；电阻负载连接在DC‑DC转换电路与输出测量接口之间，用于在外部控制信号的控制下调节自身的阻值，以改变DC‑DC转换电路的负载。

Description

面向DC-DC转换电路的工作效率检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及一种面向DC-DC转换电路的工作效率检测电路，同时 涉及相应的工作效率检测方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

现有的各类电子产品对低功耗的要求越来越高，因此越来越多地 采用DC-DC转换电路来降低功耗。DC-DC转换电路的关键指标是电 路的工作效率，即该电路的输出功率(输出电流和输出电压的乘积) 与输入功率(输入电流和输入电压的乘积)的比值。但是，DC-DC转 换电路的输出负载通常是根据电路的工作状态确定，难以实现灵活调 试，导致DC-DC转换电路的工作效率检测比较困难。

在现有技术中，对DC-DC转换电路进行工作效率检测时，往往通 过串联的电感和并联的电容进行检测。图1为一个典型的DC-DC转换 电路的工作效率检测电路的原理图。如图1所示，在芯片U1(即DC-DC 转换电路)的直流输入端连接一个稳压源VCC，稳压源VCC串联有电 流表A1，通过VCC读取当前的输入电压U1和输入电流I1，则P1＝ U1*I1。在芯片U1的直流输出端连接一个电感L，电感L的另一端与 电容C的一端连接，电容C的另一端接地。芯片U1的供电端由直流 输出端输出的电压进行供电。在电容的另一端和芯片U1的供电端之间连接电流表A2，用于测量该DC-DC转换电路工作时的输出电流I2， 在电容C的两端并联电压表，用于测量DC-DC转换电路工作时的输出 电压U2，则P2＝U2*I2。此时，测得DC-DC转换电路的工作效率η＝ U2/U1。其中，U1可以为现有的成熟芯片，例如泰凌微电子的8258 芯片等。

从图1可以看出，上述工作效率检测电路通过调试电感L不同的 电感值和电容C不同的电容值，记录不同负载下的DC-DC转换电路的 工作效率，从而完成测试工作。由于电感和电容作为可调试的阻抗， 两者的阻抗都不是线性变化的，因此对DC-DC转换电路的工作效率的 检测困难，而且不够准确。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种DC-DC转换电路 的工作效率检测电路。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种DC-DC转换电路 的工作效率检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种面向DC-DC转换电路的 工作效率检测电路，包括输入电源、输出测量接口、电阻负载、电感 和电容；其中，

所述输入电源与DC-DC转换电路的直流输入端连接；所述电感的 第一端和所述DC-DC转换电路的直流输出端连接，第二端和所述电容 的第一端连接；所述电容的第二端接地；

所述输出测量接口分别连接所述电阻负载及所述电感和所述电容 的公共端；

所述电阻负载连接在所述DC-DC转换电路与所述输出测量接口 之间，用于在外部控制信号的控制下调节自身的阻值，以改变所述 DC-DC转换电路的负载。

其中较优地，所述电阻负载为数字电位器，所述数字电位器的第 一输出端和第二输出端串联接入到所述DC-DC转换电路的输出端。

其中较优地，在所述数字电位器中，接口方式选择信号端与所述 DC-DC转换电路的第一控制信号端连接，方式切换信号端与所述 DC-DC转换电路的第二控制信号端连接，片选信号端与所述DC-DC 转换电路的第三控制信号端连接。

其中较优地，所述数字电位器的第二输出端与所述输出测量接口 连接。

其中较优地，所述输出测量接口与外接的输出测量单元连接。

其中较优地，所述输出测量单元是数字万用表或者分立设置的电 压表和电流表。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种面向DC-DC转换电路的 工作效率检测方法，包括如下步骤：

步骤1：向DC-DC转换电路供电，在DC-DC转换电路正常工作 后测量获得DC-DC转换电路的输入功率；

步骤2：将数字电位器的接口方式选择信号端与DC-DC转换电路 的第一控制信号端连接，方式切换信号端与DC-DC转换电路的第二控 制信号端连接，片选信号端与DC-DC转换电路的第三控制信号端连接， 第一输出端和第二输出端串联接入到DC-DC转换电路的输出端；

步骤3：在工作状态下，测试DC-DC转换电路的输出电流和输出 电压；

步骤4：向数字电位器发送外部控制信号，使数字电位器调节自 身的阻值，计算获得所述DC-DC转换电路在不同负载条件下的工作效 率。

与现有技术相比较，本发明提供的工作效率检测电路及检测方法， 利用电阻负载的线性变化，可以方便快捷地改变DC-DC转换电路的负 载，进而快速获得DC-DC转换电路在不同负载条件下的工作效率。利 用本发明，针对DC-DC转换电路工作效率的检测更方便、简洁、准确， 能够有效提高检测效率和检测精度。

附图说明

图1为现有技术中，一个典型的DC-DC转换电路的工作效率检测电路的原理图；

图2为本发明实施例提供的一种面向DC-DC转换电路的工作效率检测电路的原理图；

图3为本发明实施例提供的另一种面向DC-DC转换电路的工作效率检测电路的原理图；

图4为TI公司的TPL0501数字电位器的引脚示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种面向DC-DC转换电路的工作效率检测电路的原理图；

图6为本发明实施例提供的面向DC-DC转换电路的工作效率检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的 说明。

如图2所示，本发明实施例首先公开了一种面向DC-DC转换电路 的工作效率检测电路。在本发明的实施例中，DC-DC转换电路可以由 芯片U2实现，该芯片U2可以采用现有的市售芯片如AP1513、DI1510、 WS8100等实现，在此就不具体说明了。

需要说明的是，本发明实施例中的芯片U2可以为额外提供可以用 于测试的电路接口的芯片。

在图2所示的实施例中，该工作效率检测电路包括输入电源101、 输出测量接口102、电阻负载103、电感L和电容C。其中，输入电源 101与芯片U2(即DC-DC转换电路，下同)的直流输入端连接，用于 确定输入电压和输入电流；电感L的第一端和芯片U2的直流输出端 连接，电感L的第二端和电容C的第一端连接。电容C的第二端接地。

输入电源101包括串联的第一直流电源VCC1和电流表A1。在本 发明的实施例中，第一直流电源VCC1可以为数控稳压源，从而准确 获得输入电压和输入电流的数值。

输出测量接口102，分别连接电阻负载103及电感L和电容C的 公共端，用于与外接的输出测量单元(例如数字万用表)连接，以测 量DC-DC转换电路的输出电压和输出电流；

电阻负载103，连接在芯片U2与输出测量接口102之间，用于在 外部控制信号的控制下调节自身阻值，以改变DC-DC转换电路的负载。

此外，如图2所示，该工作效率检测电路还可以包括第三直流电 源VCC3。在本发明的实施例中，第三直流电源VCC3为数控稳压源。 第三直流电源VCC3与芯片U2的供电端连接，用于为芯片U2供电， 使芯片U2能够正常工作。

在本发明的实施例中，通过外部控制信号调节电阻负载103的阻 值。该外部控制信号可以由外接的控制芯片(例如单片机或计算机等， 图中未示)提供，也可以在芯片U2具有信号处理能力的前提下，直接 由芯片U2提供。

在本发明所提供的工作效率检测电路中，DC-DC转换电路的输入 电压和输入电流是通过输入电源101提供的，其数值可以得到精确控 制。DC-DC转换电路的输出电压和输出电流，可以通过输出测量接口 102外接的输出测量单元进行精确测量。将输出电流与输出电压的乘 积与输入电流和输入电压的乘积的比值，作为DC-DC转换电路的工作 效率。另一方面，电阻负载103在控制信号的作用下，可以调节自身 阻值，以改变DC-DC转换电路的负载。由于电阻负载的阻值是线性变 化的，因此能够持续改变DC-DC转换电路的负载，进而计算获得 DC-DC转换电路在不同负载条件下的工作效率，以衡量该DC-DC转 换电路的工作状态是否可靠。

本发明实施例中，如图2所示，流经电感L和电容C的公共端的电 流进入电阻负载103，电阻负载103会改变电流值，又因为此处的电感L 和电容C形成LC滤波电路，引入的电阻负载103只是为了调整实际的电 流，即电路中的直流分量将被电阻负载103改变。实际测试中，对于电 流直流分量的调整不必是线性的，也不必是连续的。实际测试结果的变 化在一定区间内是线性的，而之后则基本不变。测试目的是为了获得不 同电流下的数值，通过电流计算DCDC电路的工作效率，寻找效率相对 最高时的电路参数。

如图3所示，在本发明的另一个实施例中，电阻负载103可以为 数字电位器1031。当电阻负载103为数字电位器1031时，该工作效 率检测电路还可以包括为其供电的第二直流电源VCC2。

在数字电位器1031中，接口方式选择信号端UD与芯片U2的第 一控制信号端连接，即IO1；方式切换信号端INC与芯片U2的第二控 制信号端连接，即IO2；片选信号端CS与芯片U2的第三控制信号端 连接，即IO3；供电端VIN与第二直流电源VCC2的输出端连接。数 字电位器1031的第一输出端R+与DC-DC转换电路的输出端连接， 数字电位器1031的第二输出端R－与输出测量接口102连接。数字电 位器1031的接地端与第二直流电源VCC2的接地端连接，并同时接地 (GND)。

数字电位器1031的UD端接收芯片U2的IO1输出的信号，数字 电位器1031的INC端接收芯片U2的IO2输出的信号，数字电位器1031 的CS端接收芯片U2的IO3端输出端信号，其中，在正常工作时， 芯片U2的IO3一直输出一种信号，比如高电平有效，则一直为1，此 时，表明数字电位器1031被选中，芯片U2的IO1和IO2输出的信号， 用于控制数字电位器1031当前的阻值，比如，00表示输出的阻值为 R1，11表示输出的阻值为R2。

需要说明的是，本发明实施例中的芯片U2可以具有微处理器功能。 但如果芯片U2不具有微处理器功能，则可以由其他外置的具有微处理 器功能的芯片，按着图3中的连接方式与数字电位器1031连接，只要 可以让数字电位器1031按着预设的电阻值变化即可。

为了便于理解，下面以一个具体型号的数字电位器对数字电位器 的工作原理进行说明。

以TI公司的TPL0501数字电位器为例，如图4所示，为TPL0501 的示意图，TPL0501数字电位器具有八个引脚，分别为W引脚、VDD 引脚、GND引脚、SCLK引脚、H引脚、L引脚、

引脚和DIN引脚， 封装方式为SOT-23。根据其datasheet(数据手册)的描述，首先通过 芯片的一个IO端输出时钟信号给TPL0501的SCLK端，再通过芯片 的一个IO端向TPL0501的

端发送低电平使能电位器。使能器件之 后，根据datasheet说明，控制芯片的一个IO端向TPL0501的DIN端 发送8位二进制数，即在8个周期内，通过不同的高低电平组合，来 改变TPL0501的H和TPL0501的L的电阻值，如表1所述，向TPL0501 的DIN端发送8位二进制数为00000000，连续8个低电平，表示L为 0kΩ，H为100kΩ。此时将此电位器的L和W接入电路，H悬空，即 可实现通过DIN的输入信号，控制接入电路的负载电阻变化的功能。 其中，与TPL0501的

端、CS端和DIN端连接的IO端均不同。

表1 TPL0501数字电位器的电阻值变化

在上述实施例中，数字电位器1031与芯片U2的3个IO引脚连接， 共同完成片选和控制的功能。芯片U2可以预先设置好控制程序，即通 过IO1、IO2和IO3向数字电位器的UD端、INC端和CS端发送高、 低电平，以实现输出端R+和R－之间的电阻变化。数字电位器1031的第一输出端R+和第二输出端R－两个端口串联接入到DC-DC转换 电路的输出端。通过该连接方式，可以实现通过芯片U2直接控制数字 电位器1031自身阻值的变化，从而改变DC-DC转换电路的负载，进 而计算获得DC-DC转换电路在不同负载条件下的工作效率。

如图5所示，在本发明的又一个实施例中，该工作效率检测电路 还可以包括输出测量单元104。其中，输出测量单元104与输出测量 接口102连接，用于测量输出电压和输出电流。该输出测量单元104 可以为数字万用表，也可以是分立设置的电压表和电流表。

在上述工作效率检测电路的基础上，本发明进一步提供一种工作 效率检测方法。该方法通过使用数字电位器，并结合数字万用表的接 口，用来实现负载电阻的动态变化，从而能够突破DC-DC转换电路预 设的工作状态的限制，测试各种负载条件下的DC-DC转换效率。同时， 数字电位器可以通过运行控制程序，配合工作效率检测电路预留的输 出测量接口所接入的数字万用表，使得该测试可以完全自动化进行， 大大提高测试效率。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，该工作效率检测方法可 以包括如下步骤：

步骤1：使用第一直流电源VCC1对芯片U2进行供电，使DC-DC 转换电路开始正常工作。在DC-DC转换电路工作以后，可以用电流表 A1读取工作电流I1，此时DC-DC转换电路的输入功率P1＝U1×I1。 如果在测试过程中使用数控稳压源，则可以直接读取U1和I1两个参数，实时计算出P1，用于后续的工作效率计算；

步骤2：接入新增的数字电位器。该数字电位器可以通过PCB设 计时预留的位置和连接的走线固定在电路板上，通过第二直流电源 VCC2单独供电。数字电位器连接芯片U2的3个IO接口，用来完成 片选和控制的功能。进一步地，将数字电位器的R+、R－两个端口串联接入到DC-DC转换电路的输出端。通过这样的电路连接方式，可以 利用芯片U2直接改变数字电位器的电阻，从而改变DC-DC转换电路 的负载；

步骤3：将数字万用表的电流测试功能，即电流表A2，串联接入 到数字电位器的R－端口和地(GND)之间，测试工作状态下DC-DC 转换电路的输出电流I2。同时，将数字万用表的电压测试功能，即电 流表V并联接入到原有的DC-DC转换电路的电容C的两端，用于测量此时的输出电压U2。读取输出电压U2和输出电流I2两个参数，实 时计算出P2，用于后续的工作效率计算；

步骤4：在工作效率测试开始后，通过向数字电位器发送外部控 制信号，使数字电位器在DC-DC转换电路中接入的部分，即R+、R －两个端口之间的部分，表现出不同的电阻值，从而使输出电流I2的 数值发生变化，进而计算获得DC-DC转换电路在不同负载条件下的工 作效率。

在上述工作效率检测方法的实施过程中，也可以使用独立设置的 第三直流电源VCC3对芯片U2的供电端进行供电，以保证DC-DC转 换电路的正常工作。

与现有技术相比较，本发明提供的工作效率检测电路及检测方法， 利用电阻负载的线性变化，可以方便快捷地改变DC-DC转换电路的负 载，进而快速获得DC-DC转换电路在不同负载条件下的工作效率。利 用本发明，针对DC-DC转换电路工作效率的检测更方便、简洁、准确， 能够有效提高检测效率和检测精度。

需要说明的是，本发明中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征 的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括 至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以 上，除非另有明确具体的限定。

上面对本发明所提供的面向DC-DC转换电路的工作效率检测电 路及检测方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在 不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都 将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种面向DC-DC转换电路的工作效率检测电路，其特征在于包括输入电源、输出测量接口、电阻负载、电感和电容；其中，

所述输入电源与DC-DC转换电路的直流输入端连接；所述电感的第一端和所述DC-DC转换电路的直流输出端连接，第二端和所述电容的第一端连接；所述电容的第二端接地；

所述输出测量接口分别连接所述电阻负载及所述电感和所述电容的公共端；

所述电阻负载连接在所述DC-DC转换电路与所述输出测量接口之间，用于在外部控制信号的控制下调节自身的阻值，以改变所述DC-DC转换电路的负载。

2.如权利要求1所述的工作效率检测电路，其特征在于：

所述电阻负载为数字电位器。

3.如权利要求2所述的工作效率检测电路，其特征在于：

所述数字电位器的第一输出端和第二输出端串联接入到所述DC-DC转换电路的输出端。

4.如权利要求3所述的工作效率检测电路，其特征在于：

在所述数字电位器中，接口方式选择信号端与所述DC-DC转换电路的第一控制信号端连接，方式切换信号端与所述DC-DC转换电路的第二控制信号端连接，片选信号端与所述DC-DC转换电路的第三控制信号端连接。

5.如权利要求4所述的工作效率检测电路，其特征在于：

所述数字电位器的第二输出端与所述输出测量接口连接。

6.如权利要求1所述的工作效率检测电路，其特征在于：

所述输出测量接口与外接的输出测量单元连接。

7.如权利要求6所述的工作效率检测电路，其特征在于：

所述输出测量单元是数字万用表或者分立设置的电压表和电流表。

8.一种面向DC-DC转换电路的工作效率检测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：向DC-DC转换电路供电，在DC-DC转换电路正常工作后测量获得DC-DC转换电路的输入功率；

步骤2：将数字电位器的接口方式选择信号端与DC-DC转换电路的第一控制信号端连接，方式切换信号端与DC-DC转换电路的第二控制信号端连接，片选信号端与DC-DC转换电路的第三控制信号端连接，第一输出端和第二输出端串联接入到DC-DC转换电路的输出端；

步骤3：在工作状态下，测试DC-DC转换电路的输出电流和输出电压；

步骤4：向数字电位器发送外部控制信号，使数字电位器调节自身的阻值，计算获得所述DC-DC转换电路在不同负载条件下的工作效率。

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