DC/DC變換器啟動時間測試問題分析

張路路

（中國空空導彈研究院，河南洛陽，471099）

0 引言

DC/DC變換器以其體積小、重量輕、功率密度高、效率高、可靠性高等特點,被廣泛用于對環境要求苛刻的應用場合,如宇航、軍事、汽車電子控制系統等[1]。由于采用模塊組建的DC/DC變換器具有設計周期短、可靠性高、系統升級容易等特點, DC/DC變換器的應用越來越廣泛[2]。

在裝機使用前對某批國產DC/DC變換器進行測試時，發現多只DC/DC變換器啟動時間參數超差，與產品隨行的廠家測試數據比對，發現測試結果存在較大差異。

1 DC/DC變換器的工作原理與啟動時間的測試

1.1 DC/DC變換器的工作原理

DC/DC變換器主要由輸人濾波、功率轉換、變壓器、整流濾波、取樣比較、光藕隔離、PWM脈寬調制器和輔助電源組成。輸人的直流電壓首先經過輸人濾波部分，濾去其中的干擾，一方面給輔助電源供電驅動PWM（脈寬調制器）模塊，另一方面經過功率轉換部分，由PMW控制，把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓，并調節脈沖的占空比，至此，就把輸入的直流電壓轉變為交流電壓，其幅值可以通過變壓器升高或降低，最后得到的交流波形經過整流濾波得到直流輸出電壓。

1.2 DC/DC變換器啟動時間的測試原理

啟動時間也稱為啟動延時，目的是測試DC/DC變換器在施加階躍輸入電壓后，輸出電壓達到其電壓額定值的90%時的時間。測試原理圖如圖1所示。

圖1 啟動時間測試原理圖

將開關S1斷開，電路置空載狀態，閉合S2，使施加到DUT上的階躍輸入電壓為測試的要求值VI。此時在存貯示波器上對照輸入電壓、輸出電壓的建立波形，當輸出電壓穩定到額定輸出電壓Vo的90%時，即可測出空載時的啟動時間；將開關S1、S2閉合，調整RL使輸出端電流表上的電流為規定的滿載電流IO，斷開S2，然后重新閉合S2，使施加到DUT上的階躍輸入電壓為測試的要求值VI，此時在存貯示波器上對照輸入、輸出電壓的建立波形，當輸出電壓穩定到其額定輸出電壓Vo的90%時，即可測出滿載時的啟動時間。

2 測試結果差異分析

在測試國產的某批DC/DC變換器SWH05-28S05A時，測試結果顯示該批DC/DC變換器的啟動時間均超差，要求值為小于10ms，實測值為11.25ms～14.5ms，隨行的該批產品的測試報告給出的啟動時間范圍為7.5 ms ～8.7ms。

2.1 測試方法分析

DC/DC變換器生產廠家在測量啟動時間時，采用的是按圖1所示的電路進行測試。測試過程中分別用示波器監控直流供電電源和DC/DC變換器輸出端的波形，在計算電源變換器的啟動時間時需要減去輸入直流電源的建立時間。

現場測試DC/DC變換器是采用專用的測試設備chroma 8000。對DC/DC變換器進行測量時，工控機控制直流電源輸出規定的直流電壓，并使DC/DC變換器拉動相應直流負載。與此同時可用功率表、數字示波器、時序分析儀、數字萬用表等測量各種所要求的參數值，并對測量數據進行記錄與判定。

2.2 測試過程的分析

使用chroma 8000測試DC/DC變換器需要建立相應的測試程序，將測試要求的測試項目添加至測試程序中并設置規定的測試條件和測試判據。啟動時間的測試是在chroma 8000系統軟件中開發的一個獨立測試項目。在測試DC/DC轉換器的啟動時間時需要用到的電子模塊有直流電源、直流電子負載、時序分析儀。在系統軟件中設定要求的測試條件（比如：直流電壓輸入值、電子負載的拉載值、時序分析儀的觸發條件和測試結束條件）、測試時間、啟動時間的判據。

在測試該參數前應斷開被測DC/DC變換器的電源輸入，經過足夠時間的放電過程，以確保測量的準確性。設定時序分析儀的開始計時條件為和結束計時條件，開始計時的觸發條件為：直流電源輸出規定電壓10%時的電壓值，上升沿觸發，結束計時的觸發條件為：輸出達到額定輸出電壓的90%，上升沿觸發，而對于負電壓輸出的DC/DC變換器結束計時的條件是輸出達到額定輸出電壓的90%，下降沿觸發。

2.3 測試波形的跟蹤與分析

以Crane公司生產的雙路輸出DC/DC變換器MHF+2815D為例，如果用多路示波器分別檢測DC/DC變換器的輸入和輸出，理想的波形如圖2所示，在輸入電壓極快的達到額定值之后，經過一段延時時間，DC/DC變換器開始啟動（輸出端有電壓輸出），輸出電壓再經過一段上升時間，達到并穩定在輸出電壓的額定值。

圖2 MHF+2815D的啟動時間測試波形

為了得到實際測試過程的波形，用示波器的差分探頭分別連接DC/DC變換器的輸入端和輸出端，檢測直流電源和輸出電壓的波形，其對比波形如圖3所示。

圖3 SWH05-28S05A啟動時間測試波形

對比圖2與圖3可以發現有兩點差異：

直流電源輸出28V電壓的上升時間過長，已經大于電源變換器的啟動時間。

在直流電源還沒有達到預期輸出時，DC/DC變換器的輸出電壓已經達到穩定狀態。這是因為該DC/DC變換器正常工作電壓范圍時16V～40V，測試啟動時間要求在輸入電壓為28V時進行測試的，由于直流電源電壓上升較慢，在其還沒有達到設定的28V電壓時，DC/DC變換器的輸出電壓已經達到穩定狀態。

3 誤差問題的分析與解決措施

通過以上的分析我們知道造成DC/DC變換器啟動時間測試誤差的原因是現場測試中使用的直流穩壓電源的啟動時間過長。對此，有兩種設想來改進測試的準確性：

選用啟動時間快的直流電源，使直流電源在輸出測試要求的電壓時的穩定時間小于DC/DC變換器啟動時間典型值的10%。SWH05-28S05A的啟動時間要求不大于10ms,測試設備chroma 8000采用的直流電源的上升速率是可調的，將直流電源的輸出電壓上升速率調為20V/ms,重復測試同一批DC/DC變換器SWH05-28S05A的啟動時間，測試結果與產品的出廠測試報告一致。

通過軟件算法排除直流電源穩定時間的因素，從而得到正確的測試結果。利用時序分析儀測出直流穩壓電源的穩定時間，在計算啟動時間時減去直流穩壓電源的穩定時間，從而得到正確的DC/DC變換器的啟動時間。

從圖3可以看出第二種方法是不可行的，因為DC/DC變換器在直流穩壓電源還沒有達到額定的輸出電壓時已經正常啟動了，也就是DC/DC變換器的啟動時間小于直流電源的穩定時間。

第一種方法可以從根本上解決測試誤差產生的因素，但是存在一定的弊端。因為一般直流電源在輸出設置的直流電壓需要一定的上升穩定時間，這是為了避免直流電源在帶動較大的電流負載時產生過大的啟動沖擊，也就是啟動過沖。因此，需要在測試DC/DC變換器的過程中，僅僅在測試啟動時間參數時，采用將直流電源輸出電壓的上升速率調快，使直流電源的穩定時間小于被測DC/DC變換器啟動時間典型值的10%之內，測試其他參數時，保證直流電源有足夠長的電壓上升穩定時間，以避免對DC/DC變換器產生較大的電壓過沖。

4 小結

本文通過比對兩方對同一批次的DC/DC變換器啟動時間存在誤差，確認了為DC/DC變換器供電的直流電源的上升穩定時間會對測量啟動動時間產生很大的影響。為了準確測量DC/DC變換器啟動動時間，需要在測試啟動時間時調整直流電源的穩定時間，使其接近于階躍輸出。