AC/DC與DC/DC電源模塊虛擬測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞:電源模塊;虛擬儀器;測量;光電隔離器
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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)虛擬測試技術(shù)成為可能。我們根據(jù)市場的需求,設(shè)計(jì)了新型的電源測試儀器,它使用以數(shù)字調(diào)整和計(jì)算機(jī)分析為主的虛擬測量方法,替代原來的模擬測量方式,實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、快速地測量電源產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo),并能做出各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。
1 系統(tǒng)組成和功能
根據(jù)測試要求,系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)主機(jī)、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(fù)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。
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(fù)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(hù)和短路保護(hù)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(jìn)行模塊刪除,并可以對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對測試數(shù)據(jù)報表進(jìn)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(jì)
2.1 程控交流源的設(shè)計(jì)
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(jì)算機(jī)通過控制接口板的I/O口進(jìn)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(jì)算機(jī)顯示并與所需要的數(shù)值進(jìn)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(hù)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(jì)
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(jì)算機(jī)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(jìn)行調(diào)節(jié),電路對輸出的電壓、電流進(jìn)行取樣,并對電壓、電流信號的乘積進(jìn)行采樣,分別把這些信號輸入到保護(hù)電路,如果信號大于保護(hù)設(shè)置的電壓值,則系統(tǒng)啟動保護(hù)電路,切斷電源,并提醒用戶及時排除故障。
2.3 電子負(fù)載的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用功率調(diào)整管作為電子負(fù)載,即通過計(jì)算機(jī)的D/A口輸出的控制信號,經(jīng)過運(yùn)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(fù)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(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,并與需要的參數(shù)值進(jìn)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(hù)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(hù)電路與設(shè)定值進(jìn)行比較,如信號過大,則啟動保護(hù)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(hù)電路復(fù)位。
2.4 雙路測試盒的設(shè)計(jì)
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(jìn)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(jìn)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(jì)算機(jī),使計(jì)算機(jī)對通道1進(jìn)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(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)開始對通道2上的電源模塊的性能指標(biāo)進(jìn)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(fù)載作為調(diào)節(jié)信號使用,4路輸出信號與計(jì)算機(jī)進(jìn)行隔離并且各路信號彼此之間采用高速光電隔離器進(jìn)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(dá)到最好。
2.6 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
在虛擬儀器測試軟件中,LabVIEW是一個極強(qiáng)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(yùn)行[2]。經(jīng)綜合考慮,軟件界面設(shè)計(jì)采用中文VisualBasic6.0語言編程,而控件設(shè)計(jì)采用LabVIEW提供的控件,這樣設(shè)計(jì)的軟件界面簡潔、開發(fā)容易、維護(hù)方便,便于數(shù)據(jù)維護(hù)和管理[3]。同時又具有速度運(yùn)行快、功能強(qiáng)大、操作簡單的特點(diǎn)。
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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定,進(jìn)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(jìn)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(xiàng)目、測試順序,可以進(jìn)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(jì)該軟件可以對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,對產(chǎn)品性能和誤差超標(biāo)進(jìn)行分析,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,對產(chǎn)品的合格率或其它數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì);
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(jìn)行轉(zhuǎn)換、進(jìn)行圖形化顯示,可以產(chǎn)生報表,并可以進(jìn)行打印和預(yù)覽;
5)系統(tǒng)維護(hù)該軟件可以判斷系統(tǒng)的故障并給出提示,可以進(jìn)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
3 虛擬測試系統(tǒng)的特點(diǎn)
本測試系統(tǒng)的特點(diǎn)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(xiàng)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(xiàng)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(yùn)行可靠;
7)安全性高系統(tǒng)采用了多種安全保護(hù)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(jì)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(jì),系統(tǒng)經(jīng)過試驗(yàn)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。