AC/DC與DC/DC電源模塊虛擬測試系統(tǒng)的設(shè)計

概述了電源模塊虛擬測試系統(tǒng)的組成和功能，并對系統(tǒng)的設(shè)計進行了簡要的介紹，包括程控交流源、程控直流源、電子負載、雙路測試盒以及系統(tǒng)的軟件設(shè)計。最后說明了系統(tǒng)的特點。

關(guān)鍵詞：電源模塊；虛擬儀器；測量；光電隔離器

0??? 引言

??? 近幾年來，隨著對電源產(chǎn)品多樣性和復(fù)雜性的要求的加大，如何科學(xué)而快速地檢測其性能和指標(biāo)成了一大難題。原來的手動測量方式已不能滿足生產(chǎn)廠家和用戶的要求，測試自動化成為電源模塊測試追求的目標(biāo)[1]。

??? 隨著虛擬儀器技術(shù)和計算機測試技術(shù)的發(fā)展，使在傳統(tǒng)的電源測試領(lǐng)域引入計算機虛擬測試技術(shù)成為可能。我們根據(jù)市場的需求，設(shè)計了新型的電源測試儀器，它使用以數(shù)字調(diào)整和計算機分析為主的虛擬測量方法，替代原來的模擬測量方式，實現(xiàn)了準(zhǔn)確、快速地測量電源產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)，并能做出各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

1??? 系統(tǒng)組成和功能

??? 根據(jù)測試要求，系統(tǒng)由計算機主機、數(shù)據(jù)采集和控制卡、程控交流源、程控直流源、4路電子負載、電源測試盒和一些附屬電路組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1??? 系統(tǒng)框圖

??? 系統(tǒng)可以測試電源模塊的輸出電壓、源效應(yīng)（電壓調(diào)整率）、負載效應(yīng)（電流調(diào)整率）、效率、紋波，還可以測試模塊是否具有過流保護和短路保護的功能。

??? 系統(tǒng)可以創(chuàng)建電源模塊數(shù)據(jù)庫，可以存儲模塊數(shù)據(jù)，可以進行模塊刪除，并可以對測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、對測試數(shù)據(jù)報表進行打印。系統(tǒng)還具有雙通道測試夾具以提高測試速度。

2??? 系統(tǒng)各個部分的設(shè)計

2.1??? 程控交流源的設(shè)計

??? 程控交流源的功能是根據(jù)電源模塊對輸入電源的要求輸出交流電壓。系統(tǒng)采用自耦變壓器方式輸出需要的各路電壓。變壓器輸入為AC220V，各組輸出采用繼電器切換的方式獲得需要的各路電壓。各個繼電器的開、關(guān)信號由計算機通過控制接口板的I/O口進行控制。

??? 在電源的輸出端安裝交流電壓測試模塊和有功功率測試模塊，分別測試交流源的輸出電壓和輸出功率，把采集到的信號轉(zhuǎn)換為低電壓的直流電壓信號，并通過A/D口送入計算機顯示并與所需要的數(shù)值進行比較。如果信號比標(biāo)準(zhǔn)值大，說明電源輸出的電壓或電流偏大，就可以啟動報警電路和保護電路，把程控交流源的輸入電壓用繼電器斷開，并提醒操作人員檢測故障。

2.2程控直流源的設(shè)計

??? 程控直流源的功能是產(chǎn)生直流電壓，供給DC/DC電源模塊的輸入端。系統(tǒng)采用變壓器降壓，然后整流、濾波的形式得到直流電源，然后根據(jù)系統(tǒng)的要求，由計算機的D/A輸出口根據(jù)功率調(diào)整管的工作范圍得到需要的調(diào)整后的電壓。

??? 變壓器輸出分為4檔，分別由D/A口對控制信號進行調(diào)節(jié)，電路對輸出的電壓、電流進行取樣，并對電壓、電流信號的乘積進行采樣，分別把這些信號輸入到保護電路，如果信號大于保護設(shè)置的電壓值，則系統(tǒng)啟動保護電路，切斷電源，并提醒用戶及時排除故障。

2.3??? 電子負載的設(shè)計

??? 本系統(tǒng)采用功率調(diào)整管作為電子負載，即通過計算機的D/A口輸出的控制信號，經(jīng)過運算放大器后，調(diào)節(jié)功率管的基極電壓把功率管模擬成負載使用。

??? 在功率管的輸出端采樣到的電壓信號和電流信號經(jīng)處理后送計算機進行處理，并與需要的參數(shù)值進行比較，如有偏差可以經(jīng)過接口板D/A口輸出控制信號，重新調(diào)節(jié)功率管的工作狀態(tài)。另外，采樣到的電壓和電流信號分別送給系統(tǒng)保護電路，同時把電壓和電流信號處理成功率信號，送給系統(tǒng)保護電路與設(shè)定值進行比較，如信號過大，則啟動保護電路，切斷輸入電路和輸出電路，并啟動報警電路以提醒用戶注意，故障排除以后可以使用復(fù)位電路使保護電路復(fù)位。

2.4??? 雙路測試盒的設(shè)計

??? 根據(jù)測試要求，測試盒要有兩個通道分別和被測的電源模塊進行連接，系統(tǒng)采用繼電器轉(zhuǎn)換的方式對兩個通道分別進行測試。當(dāng)通道1開始工作時，通過繼電器把通道2斷開，并把指示通道1工作的開關(guān)信號送入計算機，使計算機對通道1進行測試，測試得到的電壓信號和紋波信號送給系統(tǒng)處理。測試完成后，通道1斷開，通道2吸合，把開關(guān)信號送入計算機，計算機開始對通道2上的電源模塊的性能指標(biāo)進行測試。

2.5??? 系統(tǒng)的隔離與耦合

??? 由于系統(tǒng)需要的接口板的A/D口、D/A口較多，而且需要隔離，本方案采用了A、B兩塊接口板來完成。

??? 1）A板提供D/A口2路，其中1路作為調(diào)節(jié)程控直流電源時使用；提供A/D輸入口16路，作為功率信號、電壓信號、電流信號、紋波信號的輸入通道；提供I/O輸出口16路，用于控制程控交流源的輸出以及其它信號的控制；提供I/O輸入口16路，用于開關(guān)信號的輸入控制。I/O口的邏輯電平要符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)。

??? 2）B板提供4路互相隔離的D/A口輸出，分別提供給4路電子負載作為調(diào)節(jié)信號使用，4路輸出信號與計算機進行隔離并且各路信號彼此之間采用高速光電隔離器進行隔離，這樣既保證了隔離的效果，又能使系統(tǒng)的線性度達到最好。

2.6??? 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

??? 在虛擬儀器測試軟件中，LabVIEW是一個極強的軟件開發(fā)平臺。但LabVIEW是一種結(jié)構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺，用它開發(fā)的軟件，無法在Windows操作系統(tǒng)下直接運行[2]。經(jīng)綜合考慮，軟件界面設(shè)計采用中文VisualBasic6.0語言編程，而控件設(shè)計采用LabVIEW提供的控件，這樣設(shè)計的軟件界面簡潔、開發(fā)容易、維護方便，便于數(shù)據(jù)維護和管理[3]。同時又具有速度運行快、功能強大、操作簡單的特點。

??? 用戶在登錄系統(tǒng)以后可以完成以下功能：

??? 1）初始化可以輸入和編輯各種電源模塊的參數(shù)，進行標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定，進行模塊的查詢、更新和刪除；

??? 2）模塊測試系統(tǒng)可以根據(jù)需要對電源模塊的參數(shù)進行自動測試或單步測試，可以設(shè)置測試型號及數(shù)據(jù)、測試條件、測試項目、測試順序，可以進行自動測試或單步測試的選擇，并可以設(shè)置測試的標(biāo)準(zhǔn)。

??? 3）數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計該軟件可以對測試數(shù)據(jù)進行查看，對產(chǎn)品性能和誤差超標(biāo)進行分析，對數(shù)據(jù)進行分類，對產(chǎn)品的合格率或其它數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；

??? 4）數(shù)據(jù)處理與輸出該軟件可以對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、進行圖形化顯示，可以產(chǎn)生報表，并可以進行打印和預(yù)覽；

??? 5）系統(tǒng)維護該軟件可以判斷系統(tǒng)的故障并給出提示，可以進行界面?zhèn)€人化設(shè)置，系統(tǒng)并有用戶管理和幫助功能。

??? 系統(tǒng)軟件的主界面如圖2所示。

圖2??? 系統(tǒng)軟件的主界面

3??? 虛擬測試系統(tǒng)的特點

??? 本測試系統(tǒng)的特點如下：

??? 1）測試成本低系統(tǒng)測試電路簡單，不需要任何附加儀器；

??? 2）測量范圍廣可以測試電源產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)；

??? 3）測試自動化程度高可以全自動、半自動或單項測試；

??? 4）測試精度高整個測試沒有任何人為造成的誤差；

??? 5）測試速度快專有的虛擬儀器采樣技術(shù)保證測試效率；

??? 6）可靠性高系統(tǒng)符合電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的要求，運行可靠；

??? 7）安全性高系統(tǒng)采用了多種安全保護措施，保證了用戶和模塊的安全；

??? 8）方便數(shù)據(jù)查看與統(tǒng)計數(shù)據(jù)自動保存，圖表化信息顯示。

4??? 結(jié)語

??? 本文介紹了電源模塊虛擬測試系統(tǒng)的功能和設(shè)計，系統(tǒng)經(jīng)過試驗和測試完全滿足國家對電源模塊測試的要求，并得到了試用廠家的肯定。隨著虛擬測試技術(shù)的發(fā)展和完善，隨著國內(nèi)對智能儀器設(shè)備需求的增加，電源模塊虛擬測試系統(tǒng)必然會越來越多地應(yīng)用于電源模塊生產(chǎn)企業(yè)和使用單位。