DC/DC电源模块的四线制测试方法

袁 骅，尹华莎

(1.中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳 110032;2.东软集团股份有限公司，沈阳 110179)

1 引言

在DC/DC电源模块(以下简称电源模块)产品生产过程中，为评判电源模块输出品质是否满足指标要求，需要在不同温区、不同负载电流条件下，对输出电压进行测量。简便的方法是采用两线制测量，即电源模块输出通过引线连接至负载，然后测量负载两端电压。采用两线制测量方法的前提是，负载电阻远远大于引线电阻，引线上的电压损耗不足以影响测试精度。在对低电压、大电流输出的电源进行测量时，因引线上的等效电阻引起的电压损耗已构成对测试结果的影响，此时应采用四线制测量方法。

2 两线制测量系统误差分析

图1为两线制测量原理图。图1中电源模块输出Vo+、Vo－各有一根引线连接至负载电阻RL，R1、R2为引线等效电阻。设图1中的电压表和电流表均为理想表，即电压表的内阻无穷大，电流表的内阻为零。根据欧姆定律可知，电源模块输出:

图1 两线制测量原理

上式中Uo为电源模块输出电压，U即为电压表两端电压，△U为引线上产生的电压损耗，即测试误差。输出电压精度是电源模块的重要指标之一，通常要求电源模块实际输出与设定值之间的偏差小于1%。因此，R1+R2造成的误差，必须远小于1%，否则无法判定电源的品质。

3 四线制测量原理

四线制测量连接方式如图2所示。电源模块输出端Vo+、Vo－各有两条引线，其中一条与负载电阻RL连接，另一条与电压表连接，共计四根线。电源模块输出端通过引线与负载电阻RL组成一个回路，称为负载回路，负载回路中的引线称为负载线;输出端通过引线与电压表组成一个回路，称为测试回路，测试回路中的引线称为测试线。两个回路严格分开，各自独立。图2中R1、R2为负载线等效电阻，R3、R4为测试线等效电阻。

图2 四线制测试原理

同样设电压表和电流表为理想表，因万用表内阻无穷大，所以测试回路中无电流，测试线线电阻电压损耗为零，电压表两端测量的电压即为电源模块实际输出电压即U=Uo，测试误差为零。

通常情况电压表的内部阻抗为兆欧级，引线电阻为欧姆级，根据欧姆定律可得，测试回路中电流为微安级或更低;负载回路中电流一般为几百毫安至几十安培，远远大于测试回路，因此测试回路中电流不会对电源模块输出指标产生影响，可以忽略不计。另外，由于电压表内阻远远大于测试线等效电阻，测试线上产生的电压损耗接近于零，对测量精度的影响也可以忽略不计，可认为电压表两端电压即为电源模块输出电压。

从以上分析中可以得出，采用四线制测量时，误差主要来源于测试仪表的精度误差，与测试系统引线无关。

4 四线制测量方法在电源测试系统中的应用

在电源模块的设计和生产过程中，效率η=(Io×Uo)/(Ii×Ui)是一个重要指标。当η达到一定水平之后，每提高一个百分点都是非常困难的。因此，如果由于线损造成产品η指标不达标，将是一件得不偿失的事情。所以，我们在对η这个指标测试时，同样要采取四线制测量方法。如图3所示。

图3 四线制DC/DC电源模块测试原理

PTH05030是一款非隔离电源模块，其输出电压0.8V至3.6V，输出电流最大可达30A。由于电源模块须在高、低温箱内模拟不同温区环境下工作并进行在线测试，因此由电源模块连接到测试系统的引线长度需要约2米左右。等效电阻为0.018Ω，如果用两线制测量方法，则引线上电压损耗△U=30 ×0.018=0.54V，误差为15%，对测试结果已经构成不可忽略的影响，因此必须采用四线制测量方法。

在对PTH05030非隔离电源模块筛选测试时，笔者根据四线制测试原理设计了一套自动测试系统。测试系统原理框图见图4。测试时，上位机首先给继电器板发送控制指令，控制负载线继电器将被测模块输出与电子负载构成电流回路，同时控制测试线继电器将输出与数字万用表构成测试回路;其次，设置直流电源输出为待测模块所需工作电压;然后，给电子负载发送指令设置工作模式并启动工作;最后从万用表中读取测量结果并存储在输出报表中。图5为上位机软件操作界面。

图4 DC/DC电源模块测试系统原理框图

图5 上位机软件操作界面

本系统可同时接入八只待测模块，并且整个工作过程完全由上位机自动控制，无需人工干预，提高了测试效率和测试一致性，降低了人工读数误差。

5 结 束 语

通过大量实验验证，采用四线制测量方法设计的电源模块测试系统，在被测量电源模块满载时，Ui与U1之差、U0与U之差的结果都小于±2mV，此电压差是由于数字万用表的测试精度造成的，该误差远远小于设计指标要求。所以，该四线制测试系统能够有效消除引线电阻对测试结果的影响，降低了测试系统的测试误差，提高测试准确度。

［1］刘志存.微小电阻测量方法及关键技术［J］.物理测试，2005，23(1):34 －36.

［2］顾正谊.探讨四线电阻在测量仪器中的应用［J］.山东电子，1994(1):24－25.