張路路

（中國(guó)空空導(dǎo)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(diǎn),被廣泛用于對(duì)環(huán)境要求苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合,如宇航、軍事、汽車電子控制系統(tǒng)等[1]。由于采用模塊組建的DC/DC變換器具有設(shè)計(jì)周期短、可靠性高、系統(tǒng)升級(jí)容易等特點(diǎn), DC/DC變換器的應(yīng)用越來越廣泛[2]。

在裝機(jī)使用前對(duì)某批國(guó)產(chǎn)DC/DC變換器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)多只DC/DC變換器啟動(dòng)時(shí)間參數(shù)超差，與產(chǎn)品隨行的廠家測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果存在較大差異。

1 DC/DC變換器的工作原理與啟動(dòng)時(shí)間的測(cè)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(zhuǎn)換、變壓器、整流濾波、取樣比較、光藕隔離、PWM脈寬調(diào)制器和輔助電源組成。輸人的直流電壓首先經(jīng)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(qū)動(dòng)PWM（脈寬調(diào)制器）模塊，另一方面經(jīng)過功率轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)脈沖的占空比，至此，就把輸入的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，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(jīng)過整流濾波得到直流輸出電壓。

1.2 DC/DC變換器啟動(dòng)時(shí)間的測(cè)試原理

啟動(dòng)時(shí)間也稱為啟動(dòng)延時(shí)，目的是測(cè)試DC/DC變換器在施加階躍輸入電壓后，輸出電壓達(dá)到其電壓額定值的90%時(shí)的時(shí)間。測(cè)試原理圖如圖1所示。

圖1 啟動(dòng)時(shí)間測(cè)試原理圖

將開關(guān)S1斷開，電路置空載狀態(tài)，閉合S2，使施加到DUT上的階躍輸入電壓為測(cè)試的要求值VI。此時(shí)在存貯示波器上對(duì)照輸入電壓、輸出電壓的建立波形，當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定到額定輸出電壓Vo的90%時(shí)，即可測(cè)出空載時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間；將開關(guān)S1、S2閉合，調(diào)整RL使輸出端電流表上的電流為規(guī)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(cè)試的要求值VI，此時(shí)在存貯示波器上對(duì)照輸入、輸出電壓的建立波形，當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定到其額定輸出電壓Vo的90%時(shí)，即可測(cè)出滿載時(shí)的啟動(dòng)時(shí)間。

2 測(cè)試結(jié)果差異分析

在測(cè)試國(guó)產(chǎn)的某批DC/DC變換器SWH05-28S05A時(shí)，測(cè)試結(jié)果顯示該批DC/DC變換器的啟動(dòng)時(shí)間均超差，要求值為小于10ms，實(shí)測(cè)值為11.25ms～14.5ms，隨行的該批產(chǎn)品的測(cè)試報(bào)告給出的啟動(dòng)時(shí)間范圍為7.5 ms ～8.7ms。

2.1 測(cè)試方法分析

DC/DC變換器生產(chǎn)廠家在測(cè)量啟動(dòng)時(shí)間時(shí)，采用的是按圖1所示的電路進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過程中分別用示波器監(jiān)控直流供電電源和DC/DC變換器輸出端的波形，在計(jì)算電源變換器的啟動(dòng)時(shí)間時(shí)需要減去輸入直流電源的建立時(shí)間。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試DC/DC變換器是采用專用的測(cè)試設(shè)備chroma 8000。對(duì)DC/DC變換器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，工控機(jī)控制直流電源輸出規(guī)定的直流電壓，并使DC/DC變換器拉動(dòng)相應(yīng)直流負(fù)載。與此同時(shí)可用功率表、數(shù)字示波器、時(shí)序分析儀、數(shù)字萬用表等測(cè)量各種所要求的參數(shù)值，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與判定。

2.2 測(cè)試過程的分析

使用chroma 8000測(cè)試DC/DC變換器需要建立相應(yīng)的測(cè)試程序，將測(cè)試要求的測(cè)試項(xiàng)目添加至測(cè)試程序中并設(shè)置規(guī)定的測(cè)試條件和測(cè)試判據(jù)。啟動(dòng)時(shí)間的測(cè)試是在chroma 8000系統(tǒng)軟件中開發(fā)的一個(gè)獨(dú)立測(cè)試項(xiàng)目。在測(cè)試DC/DC轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)時(shí)間時(shí)需要用到的電子模塊有直流電源、直流電子負(fù)載、時(shí)序分析儀。在系統(tǒng)軟件中設(shè)定要求的測(cè)試條件（比如：直流電壓輸入值、電子負(fù)載的拉載值、時(shí)序分析儀的觸發(fā)條件和測(cè)試結(jié)束條件）、測(cè)試時(shí)間、啟動(dòng)時(shí)間的判據(jù)。

在測(cè)試該參數(shù)前應(yīng)斷開被測(cè)DC/DC變換器的電源輸入，經(jīng)過足夠時(shí)間的放電過程，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。設(shè)定時(shí)序分析儀的開始計(jì)時(shí)條件為和結(jié)束計(jì)時(shí)條件，開始計(jì)時(shí)的觸發(fā)條件為：直流電源輸出規(guī)定電壓10%時(shí)的電壓值，上升沿觸發(fā)，結(jié)束計(jì)時(shí)的觸發(fā)條件為：輸出達(dá)到額定輸出電壓的90%，上升沿觸發(fā)，而對(duì)于負(fù)電壓輸出的DC/DC變換器結(jié)束計(jì)時(shí)的條件是輸出達(dá)到額定輸出電壓的90%，下降沿觸發(fā)。

2.3 測(cè)試波形的跟蹤與分析

以Crane公司生產(chǎn)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(cè)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(dá)到額定值之后，經(jīng)過一段延時(shí)時(shí)間，DC/DC變換器開始啟動(dòng)（輸出端有電壓輸出），輸出電壓再經(jīng)過一段上升時(shí)間，達(dá)到并穩(wěn)定在輸出電壓的額定值。

圖2 MHF+2815D的啟動(dòng)時(shí)間測(cè)試波形

為了得到實(shí)際測(cè)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(cè)直流電源和輸出電壓的波形，其對(duì)比波形如圖3所示。

圖3 SWH05-28S05A啟動(dòng)時(shí)間測(cè)試波形

對(duì)比圖2與圖3可以發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)差異：

直流電源輸出28V電壓的上升時(shí)間過長(zhǎng)，已經(jīng)大于電源變換器的啟動(dòng)時(shí)間。

在直流電源還沒有達(dá)到預(yù)期輸出時(shí)，DC/DC變換器的輸出電壓已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這是因?yàn)樵揇C/DC變換器正常工作電壓范圍時(shí)16V～40V，測(cè)試啟動(dòng)時(shí)間要求在輸入電壓為28V時(shí)進(jìn)行測(cè)試的，由于直流電源電壓上升較慢，在其還沒有達(dá)到設(shè)定的28V電壓時(shí)，DC/DC變換器的輸出電壓已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

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(dòng)時(shí)間測(cè)試誤差的原因是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中使用的直流穩(wěn)壓電源的啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)。對(duì)此，有兩種設(shè)想來改進(jìn)測(cè)試的準(zhǔn)確性：

選用啟動(dòng)時(shí)間快的直流電源，使直流電源在輸出測(cè)試要求的電壓時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間小于DC/DC變換器啟動(dòng)時(shí)間典型值的10%。SWH05-28S05A的啟動(dòng)時(shí)間要求不大于10ms,測(cè)試設(shè)備chroma 8000采用的直流電源的上升速率是可調(diào)的，將直流電源的輸出電壓上升速率調(diào)為20V/ms,重復(fù)測(cè)試同一批DC/DC變換器SWH05-28S05A的啟動(dòng)時(shí)間，測(cè)試結(jié)果與產(chǎn)品的出廠測(cè)試報(bào)告一致。

通過軟件算法排除直流電源穩(wěn)定時(shí)間的因素，從而得到正確的測(cè)試結(jié)果。利用時(shí)序分析儀測(cè)出直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定時(shí)間，在計(jì)算啟動(dòng)時(shí)間時(shí)減去直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定時(shí)間，從而得到正確的DC/DC變換器的啟動(dòng)時(shí)間。

從圖3可以看出第二種方法是不可行的，因?yàn)镈C/DC變換器在直流穩(wěn)壓電源還沒有達(dá)到額定的輸出電壓時(shí)已經(jīng)正常啟動(dòng)了，也就是DC/DC變換器的啟動(dòng)時(shí)間小于直流電源的穩(wěn)定時(shí)間。

第一種方法可以從根本上解決測(cè)試誤差產(chǎn)生的因素，但是存在一定的弊端。因?yàn)橐话阒绷麟娫丛谳敵鲈O(shè)置的直流電壓需要一定的上升穩(wěn)定時(shí)間，這是為了避免直流電源在帶動(dòng)較大的電流負(fù)載時(shí)產(chǎn)生過大的啟動(dòng)沖擊，也就是啟動(dòng)過沖。因此，需要在測(cè)試DC/DC變換器的過程中，僅僅在測(cè)試啟動(dòng)時(shí)間參數(shù)時(shí)，采用將直流電源輸出電壓的上升速率調(diào)快，使直流電源的穩(wěn)定時(shí)間小于被測(cè)DC/DC變換器啟動(dòng)時(shí)間典型值的10%之內(nèi)，測(cè)試其他參數(shù)時(shí)，保證直流電源有足夠長(zhǎng)的電壓上升穩(wěn)定時(shí)間，以避免對(duì)DC/DC變換器產(chǎn)生較大的電壓過沖。

4 小結(jié)

本文通過比對(duì)兩方對(duì)同一批次的DC/DC變換器啟動(dòng)時(shí)間存在誤差，確認(rèn)了為DC/DC變換器供電的直流電源的上升穩(wěn)定時(shí)間會(huì)對(duì)測(cè)量啟動(dòng)動(dòng)時(shí)間產(chǎn)生很大的影響。為了準(zhǔn)確測(cè)量DC/DC變換器啟動(dòng)動(dòng)時(shí)間，需要在測(cè)試啟動(dòng)時(shí)間時(shí)調(diào)整直流電源的穩(wěn)定時(shí)間，使其接近于階躍輸出。