一种DC-DC变换器参数不确定度评定方法*

李迎昕

（军用电子元器件北京第三检测中心 北京 100015）

1 引言

在某种意义上来讲，电源可以比作一个电路系统的心脏，它为系统提供着持续而稳定的能量，能量的好坏直接影响到系统的性能与可靠性。随着电子工业的迅速发展，作为电源中一员的DC-DC变换器有着体积小，效率高等优点，被广泛应用于各种设备。DC-DC变换器的静态参数是评价DC-DC变换器性能的主要参数，它是生产厂家与使用单位质量控制的必测参数，而参数不确定度是对测试平台及测试环境的一种考量，直接影响产品性能的评估结果。本文以国内生产厂家某型混合集成电路DC/DC变换器静态参数：输出电压Vo及转换效率η的测试为例，阐述一种DC-DC变换器静态参数测试不确定度的评定方法。

2 不确定度评定

2.1 不确定度评定方法介绍

在国家计量技术规范JJF1059.1-2012中介绍了两种不确定度的评定方法：A类评定方法与B类评定方法。

A类评定方法是指运用统计分析的方法对测得的量值进行测量不确定度分量评定的方法。主要适用于测试条件可复现的不确定度评定。

B类评定方法是指主要依据权威机构发布的量值、有证标准物质的量值、校准证书、仪器漂移、经检定的测量仪器的准确度等级或根据人员经验推断的极限值等进行不确定度评定的方法。

2.2 不确定度评定实例

2.2.1 测试过程描述及测试数据结果

测试的样品是输入电压为28V，输出电压为±5V，满载电流为±0.15A的双路输出DC/DC变换器，测试使用Chroma 8000测试系统及合适的测试夹具进行，测试系统在计量有效期范围内。在相同的条件下（测试设备、人员、环境条件均相同；每次测试均重新插上样品）对样品进行10次连续测试，获得一组测试数据。测试方法依据SJ20646-97《混合集成电路DC/DC变换器测试方法》。输出电压Vo、转换效率η测试结果分别如表1、表2所示。

表1 HSS028D5-A的输出电压Vo测量值

表2 HSS028D5-A的效率η测量值

2.2.2 不确定度来源分析

测试条件相同，因环境影响所引起的测试误差可忽略不计。本次测试不确定度的来源主要有两个：1）多次测试结果不重复引入的重复性测试不确定度；2）测试设备Chroma 8000功率模拟集成电路测试系统的误差引入的不确定度。

2.2.3 不确定度评定方法确定

测试条件可重复，可采用A类不确定度方法评定。测试系统的测试误差存在固有的准确度等级，有据可查，可用B类不确定度的评定方法评定。

2.2.4 参数不确定度评定

由A类评定方法评定出的不确定度分量记为μ1，由B类评定方法评定出的不确定度分量记为μ2。

1）输出电压Vo不确定度评定

（1）A类不确定度分量（μ1）评定

按式（1）计算Vo的平均值：

得出：（Vo1）=5.0016V，（Vo2）=-5.0143V。

按式（2）贝塞尔法计算标准差：

得 出：μ1(Vo1)=0.000339935V ，μ1(Vo2)=0.000422953V。

（2）B类不确定度分量（μ2）评定

测量被测件时使用测试系统中数据采集单元34970A的10V电压档位测量，该档位最大允许误差e=±（0.0035%×读数+0.0005%×量程）V，在区间内可认为均匀分布，包含因子，半宽度α=|e|。按式（3）计算B类不确定度分量：

得出：μ2(Vo1)=0.000129936V ，μ2(Vo2)=0.000130193V。

（3）合成不确定度Uc评定

根据测量结果的A类和B类不确定度分量，计算得出合成不确定度Uc。输出电压为直接测量量，合成不确定度计算见式（4）。

得出：Uc(Vo1)=0.000363922V，Uc(Vo2)=0.000442537V。

（4）扩展不确定度U评定

包含因子K=2，置信概率约为95%。输出电压的扩展不确定度U计算见式（5）：

得出：U(Vo1)=0.000727843V，U(Vo2)=0.000885074V。

2）转换效率η的不确定度评定转换效率η为间接测量量，η=，它的直接测量量为Vin、Iin、Vo1、Vo2、Io1、Io2。间接测量量的不确定度评定过程大致如下：

首先要求出各直接测量量的合成不确定度，再根据公式求出各直接测量量合成不确定度的灵敏度系数，最后由各直接测量量的合成不确定度与灵敏度系数求出间接测量量的合成不确定度及扩展不确定度。

（1）A类不确定度分量（μ1）评定

根据式（1）计算各测量量的平均值，式（2）计算各直接测量量的A类不确定度分量μ1，结果如表3所示。

表3 η各直接测量量的、μ1的计算结果

表3 η各直接测量量的、μ1的计算结果

images/BZ_62_1011_781_1053_832.png(Vin)images/BZ_62_1011_781_1053_832.png( )Vo1 U( )Io1 μ1( )Vin μ1( )0.06821A-5.01487V-0.15A 0.000036192A 0.000382422V 0.000000000A Vo1 μ1( )images/BZ_62_1011_781_1053_832.png(Iin)images/BZ_62_1011_781_1053_832.png(Vo2)images/BZ_62_1011_781_1053_832.png( )I o2 μ1( )I in μ1( )Io1 27.99906V 5.00270V 0.15A 0.000036661V 0.000379192V 0.000000000A Vo2 μ1( )I o2

（2）B类不确定度分量（μ2）评定

测量Vo1、Vo2时使用34970的10V电压档位，该档位最大允许误差e=±（0.0035%×读数+0.0005%×量 程）V；测量Io1、Io2时，使用63610-80-20的0.2A档位，该档位最大允许误差e=±（0.05%+0.05%×量程）×读数A；测量Vin时，使用34970的100V电压档位，该档位最大允许误差e=±（0.0045%×读数+0.0006%×量程）V；测量Iin时，使用62024P-100-50的10A档位，该档位最大允许误差e=±（0.1%+0.1%×量程）×读数A；在区间内可认为均匀分布，包含因子，半宽度α=|e|，由式（3）计算得出各直接测量量的不确定度分量μ2如表4所示。

表4 η直接测量量的μ2计算结果

（3）合成不确定度评定

①计算直接测量量的合成不确定度Uc

按式（4）计算得出直接测量量的合成不确定度Uc，计算结果如表2～5所示。

表5 η直接测量量的Uc计算结果

②计算各直接测量量的灵敏度系数

按式（6）计算得出直接测量量合成不确定度的灵敏度系数|c（x）|：

表6 η直接测量量的|c（x）|计算结果

③计算间接测量量η的合成不确定度Uc

按式（7）计算间接测量量η的合成不确定度Uc。

得出：Uc(η)=0.501830179%。

（4）扩展不确定度评定

包含因子K=2，置信概率约为95%。根据式（2）～（5）计算的η的扩展不确定度U(η)=1.003660359%。

3 结语

在实际工作中，当计算出的扩展不确定度不影响结果判断的情况下可以忽略不计，但当扩展不确定度影响判断结果的时候，应及时分析原因，及时纠正。比如原因之一为仪表的误差较大，应使用更精确的测试仪器再次测量，降低不确定度，提高测量准确度，使计算出的拓展不确定度可忽略。若没有测量误差更小的仪器来替代，则没有理由说明产品不满足要求。

本文结合实际DC/DC变换器静态参数的测试，选取了输出电压及转换效率两种典型静态参数进行了参数测量不确定度的评定，既包含直接测量参数，也包含各直接测量分量不相关的间接测量参数，具有一定的普遍性，为DC-DC变换器不确定度的评定提供了参考价值。