DC/DC变换器启动时间测试问题分析

张路路

（中国空空导弹研究院，河南洛阳，471099）

0 引言

DC/DC变换器以其体积小、重量轻、功率密度高、效率高、可靠性高等特点,被广泛用于对环境要求苛刻的应用场合,如宇航、军事、汽车电子控制系统等[1]。由于采用模块组建的DC/DC变换器具有设计周期短、可靠性高、系统升级容易等特点, DC/DC变换器的应用越来越广泛[2]。

在装机使用前对某批国产DC/DC变换器进行测试时，发现多只DC/DC变换器启动时间参数超差，与产品随行的厂家测试数据比对，发现测试结果存在较大差异。

1 DC/DC变换器的工作原理与启动时间的测试

1.1 DC/DC变换器的工作原理

DC/DC变换器主要由输人滤波、功率转换、变压器、整流滤波、取样比较、光藕隔离、PWM脉宽调制器和辅助电源组成。输人的直流电压首先经过输人滤波部分，滤去其中的干扰，一方面给辅助电源供电驱动PWM（脉宽调制器）模块，另一方面经过功率转换部分，由PMW控制，把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压，并调节脉冲的占空比，至此，就把输入的直流电压转变为交流电压，其幅值可以通过变压器升高或降低，最后得到的交流波形经过整流滤波得到直流输出电压。

1.2 DC/DC变换器启动时间的测试原理

启动时间也称为启动延时，目的是测试DC/DC变换器在施加阶跃输入电压后，输出电压达到其电压额定值的90%时的时间。测试原理图如图1所示。

图1 启动时间测试原理图

将开关S1断开，电路置空载状态，闭合S2，使施加到DUT上的阶跃输入电压为测试的要求值VI。此时在存贮示波器上对照输入电压、输出电压的建立波形，当输出电压稳定到额定输出电压Vo的90%时，即可测出空载时的启动时间；将开关S1、S2闭合，调整RL使输出端电流表上的电流为规定的满载电流IO，断开S2，然后重新闭合S2，使施加到DUT上的阶跃输入电压为测试的要求值VI，此时在存贮示波器上对照输入、输出电压的建立波形，当输出电压稳定到其额定输出电压Vo的90%时，即可测出满载时的启动时间。

2 测试结果差异分析

在测试国产的某批DC/DC变换器SWH05-28S05A时，测试结果显示该批DC/DC变换器的启动时间均超差，要求值为小于10ms，实测值为11.25ms～14.5ms，随行的该批产品的测试报告给出的启动时间范围为7.5 ms ～8.7ms。

2.1 测试方法分析

DC/DC变换器生产厂家在测量启动时间时，采用的是按图1所示的电路进行测试。测试过程中分别用示波器监控直流供电电源和DC/DC变换器输出端的波形，在计算电源变换器的启动时间时需要减去输入直流电源的建立时间。

现场测试DC/DC变换器是采用专用的测试设备chroma 8000。对DC/DC变换器进行测量时，工控机控制直流电源输出规定的直流电压，并使DC/DC变换器拉动相应直流负载。与此同时可用功率表、数字示波器、时序分析仪、数字万用表等测量各种所要求的参数值，并对测量数据进行记录与判定。

2.2 测试过程的分析

使用chroma 8000测试DC/DC变换器需要建立相应的测试程序，将测试要求的测试项目添加至测试程序中并设置规定的测试条件和测试判据。启动时间的测试是在chroma 8000系统软件中开发的一个独立测试项目。在测试DC/DC转换器的启动时间时需要用到的电子模块有直流电源、直流电子负载、时序分析仪。在系统软件中设定要求的测试条件（比如：直流电压输入值、电子负载的拉载值、时序分析仪的触发条件和测试结束条件）、测试时间、启动时间的判据。

在测试该参数前应断开被测DC/DC变换器的电源输入，经过足够时间的放电过程，以确保测量的准确性。设定时序分析仪的开始计时条件为和结束计时条件，开始计时的触发条件为：直流电源输出规定电压10%时的电压值，上升沿触发，结束计时的触发条件为：输出达到额定输出电压的90%，上升沿触发，而对于负电压输出的DC/DC变换器结束计时的条件是输出达到额定输出电压的90%，下降沿触发。

2.3 测试波形的跟踪与分析

以Crane公司生产的双路输出DC/DC变换器MHF+2815D为例，如果用多路示波器分别检测DC/DC变换器的输入和输出，理想的波形如图2所示，在输入电压极快的达到额定值之后，经过一段延时时间，DC/DC变换器开始启动（输出端有电压输出），输出电压再经过一段上升时间，达到并稳定在输出电压的额定值。

图2 MHF+2815D的启动时间测试波形

为了得到实际测试过程的波形，用示波器的差分探头分别连接DC/DC变换器的输入端和输出端，检测直流电源和输出电压的波形，其对比波形如图3所示。

图3 SWH05-28S05A启动时间测试波形

对比图2与图3可以发现有两点差异：

直流电源输出28V电压的上升时间过长，已经大于电源变换器的启动时间。

在直流电源还没有达到预期输出时，DC/DC变换器的输出电压已经达到稳定状态。这是因为该DC/DC变换器正常工作电压范围时16V～40V，测试启动时间要求在输入电压为28V时进行测试的，由于直流电源电压上升较慢，在其还没有达到设定的28V电压时，DC/DC变换器的输出电压已经达到稳定状态。

3 误差问题的分析与解决措施

通过以上的分析我们知道造成DC/DC变换器启动时间测试误差的原因是现场测试中使用的直流稳压电源的启动时间过长。对此，有两种设想来改进测试的准确性：

选用启动时间快的直流电源，使直流电源在输出测试要求的电压时的稳定时间小于DC/DC变换器启动时间典型值的10%。SWH05-28S05A的启动时间要求不大于10ms,测试设备chroma 8000采用的直流电源的上升速率是可调的，将直流电源的输出电压上升速率调为20V/ms,重复测试同一批DC/DC变换器SWH05-28S05A的启动时间，测试结果与产品的出厂测试报告一致。

通过软件算法排除直流电源稳定时间的因素，从而得到正确的测试结果。利用时序分析仪测出直流稳压电源的稳定时间，在计算启动时间时减去直流稳压电源的稳定时间，从而得到正确的DC/DC变换器的启动时间。

从图3可以看出第二种方法是不可行的，因为DC/DC变换器在直流稳压电源还没有达到额定的输出电压时已经正常启动了，也就是DC/DC变换器的启动时间小于直流电源的稳定时间。

第一种方法可以从根本上解决测试误差产生的因素，但是存在一定的弊端。因为一般直流电源在输出设置的直流电压需要一定的上升稳定时间，这是为了避免直流电源在带动较大的电流负载时产生过大的启动冲击，也就是启动过冲。因此，需要在测试DC/DC变换器的过程中，仅仅在测试启动时间参数时，采用将直流电源输出电压的上升速率调快，使直流电源的稳定时间小于被测DC/DC变换器启动时间典型值的10%之内，测试其他参数时，保证直流电源有足够长的电压上升稳定时间，以避免对DC/DC变换器产生较大的电压过冲。

4 小结

本文通过比对两方对同一批次的DC/DC变换器启动时间存在误差，确认了为DC/DC变换器供电的直流电源的上升稳定时间会对测量启动动时间产生很大的影响。为了准确测量DC/DC变换器启动动时间，需要在测试启动时间时调整直流电源的稳定时间，使其接近于阶跃输出。