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准确测量超低静态电流设备的效率：实验设置与误差补偿
1. 背景介绍
在物联网（IoT）和可穿戴设备中，静态电流（）小于 1 µA 的 DC/DC 转换器已成为主流。然而，工程师在实验室测量这些设备的轻负载效率时，经常发现实测值远低于数据手册。
这通常不是芯片本身的问题，而是实验设置引入了“测量污染”。在微安级电流下，即使是万用表本身的内阻也会变成一个不可忽视的“假负载”。本文将揭示这些隐形误差源并提供标准化解决方案。
2. 测量效率的基本原理与挑战
效率计算公式如下：
对于普通电源，几毫安的误差无关紧要。但对于 TPS62840 等超低 设备（静态电流仅为 60 nA），任何纳安级的漏电流都会让效率测量结果产生断崖式下跌。
3. 三大核心误差源分析
3.1 电压表的输入电阻（输入端漏电）
大多数标准数字万用表（DMM）在直流电压档具有固定的 10 MΩ 输入电阻。
- 误差定量：若 ，电压表本身会消耗 。
- 影响：如果待测 IC 的 为 360 nA，电压表接入的一瞬间，你测得的输入电流就增加了一倍，直接导致实测效率被腰斩。
3.2 输出电压表的“额外负载”
同样，连接在输出端的电压表也是一个 10 MΩ 的并联电阻。在轻载测试（如 ）时，它会分走一部分本应流向负载的电流。
3.3 输入电容的泄漏电流
实验板上为了平滑输入电流常并联大电容。
- 普通铝电解电容：泄漏电流可能高达数微安，完全掩盖了 IC 的真实性能。
- 陶瓷电容（MLCC）：虽性能较好，但高容量 MLCC 在接近额定电压时仍有数百纳安的漏电流。
4. 优化后的测量设置方案
为了获得“手册级”的效率数据，建议采取以下改进措施：
4.1 移位电压表连接点（关键点）
原则：确保输入电压表的漏电流不经过输入电流表。
- 错误做法：电压表接在电流表之后。此时电流表测得的是“IC电流 + 电压表电流”。
- 正确做法：将输入电压表接在输入电流表之前（靠近电源侧）。虽然会有细微的线损压降，但在超低电流下，线损的影响远小于电压表漏电的影响。
4.2 使用高输入阻抗仪器
- 选用输入阻抗超过 10 GΩ 的精密万用表（如 Keysight 34470A）测量电压。
- 在极微小电流下，使用专用的**皮安表（Picoammeter）**或具有高灵敏度的源表（SMU）代替常规电流表。
4.3 补偿电压表漏电流
如果只能使用 10 MΩ 的万用表，请按照以下公式补偿：
4.4 优选电容介质
测试板必须使用 X5R 或 X7R 材质的陶瓷电容。在测试前，建议先给电容上电保持几分钟，待其泄漏电流稳定在最小值后再进行读数。
5. 实验结果对比
图 3 展示了两种设置下的效率曲线对比：
- 曲线 A（未补偿）：在 时，效率曲线迅速下降至 50% 以下。
- 曲线 B（优化设置）：在经过电压表补偿并更换低漏电电容后，效率在整个轻载范围内保持在 85% 以上，与数据手册完美契合。
6. 其他高阶注意事项
- 远程感应线（Remote Sense）：某些电源模块带有 Sense 线。请务必将 Sense 线连接到电压表测力点（Force Point）之前，避免 Sense 采样电路产生的微小偏置电流计入总电流。
- 反馈电阻（FB）的选择：若 IC 支持，优先选择带有内部反馈电阻的型号。若必须外接，请使用 MΩ 级别的电阻，以减少反馈分压电路的能量消耗。
7. 结论
超低 设备的效率测试是一门关于“细节”的艺术。在微安世界里，测量仪器不再是透明的。通过移位电压表、选择高阻抗仪器以及严格控制电容泄漏，工程师可以消除实验设置带来的“虚假低效”，真实还原高性能电源管理芯片的价值。
准确测量超低静态电流设备的效率：实验设置与误差补偿
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