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近幾年來，隨著國內企業對電源產品多樣性和復雜性的要求的加大，電源產品的性能和指標如何科學而快速地檢測成了一大難題。原來的手動測量方式已不能滿足生產廠家和用戶的要求，測試自動化成為電源模塊測試追求的目標。 隨著虛擬儀器技術和計算機測試技術的發展，使得在傳統的電源測試領域引入計算機虛擬測試和處理技術成為可能。我們根據市場的需求，設計了新型的電源測試系統，它使用以數字調整和計算機分析為主的虛擬測量方法，以替代原來的模擬測量方式，準確、快速地測量電源產品的各項性能指標，并能做出各種數據統計和分析。 系統功能和組成 根據系統的要求，系統由計算機主機、數據采集和控制卡、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(圖1)。 圖1系統框圖 系統可以測試電源模塊的輸出電壓、源效應 （電壓調整率）、負載效應 （電流調整率）、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。 系統可以創建電源模塊數據庫，可以存儲模塊數據，可以進行模塊刪除，并可以對測試數據進行處理、修正、統計和顯示，對測試數據報表進行整理和打印。系統還具有雙通道測試夾具以提高測試速度。 系統設計 程控交流源 程控交流源的功能是根據電源模塊對輸入電源的要求來輸出交流電源。系統采用自耦變壓器方式來產生需要的各路電源。變壓器輸入為∽220V,輸出部分的各組輸出采用繼電器切換的方式來獲得需要的各路電源。各個繼電器的開、關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來分別測試交流源的輸出電壓和輸出功率，把采集到的信號轉換為低電壓的直流電壓信號，并通過A/D口送入計算機處理和顯示并與所需要的數值進行比較。如果信號偏差值較大，說明電源輸出的電壓或電流誤差較大，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。 程控直流源 程控直流源的功能是產生直流電源，來提供給DC/DC電源模塊的電壓輸入端。系統采用變壓器降壓，然后整流、濾波的形式得到直流電源，最后根據系統的要求，由計算機的D/A輸出口根據調整功率管的工作范圍得到需要的調整后的電源。 變壓器輸出分為4檔，分別由D/A口對控制信號進行調節以保證電源輸出精度，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置的電壓值，則系統啟動保護電路，切斷電源，并提醒用戶及時排除故障。 電子負載 本系統采用功率調整管作為電子負載，通過計算機的D/A口輸出電壓控制信號，信號經過調整以后，通過調節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電壓和電流信號，采樣到的電壓和電流信號分別送給系統保護電路，同時把電壓和電流信號處理成功率信號也送給系統保護電路與設定值進行比較，如信號過大，則啟動保護電路，切斷輸入回路和輸出回路，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位電路使保護電路復位。 采樣到的電壓信號和電流信號經處理后送計算機進行處理，并與需要的參數值進行比較，如有偏差可以經過接口板D/A口輸出電壓控制信號重新調節功率管的工作狀態。 雙路測試盒 根據系統要求，測試盒要有兩個通道分別和被測的電源模塊進行連接，系統采用繼電器轉換的方式對兩個通道分別進行測試。當1通道開始工作時，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處理。測試完成后，通道1斷開，通道2吸合，把開關信號送入計算機，計算機開始對通道2上的電源模塊的性能指標進行測試。 系統的隔離與耦合 由于系統需要的接口板的A/D口、D/A口較多，而且需要隔離。方案采用兩塊工控接口板來完成所需要的功能，分別如下： * A板提供D/A口2路，其中1路作為調節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，用于開關信號的輸入控制。I/O口的邏輯電平符合TTL電平標準。 * B板提供4路互相隔離的D/A口輸出，分別提供給4路電子負載作為調節信號使用，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，又能使系統的線性度達到最好。 系統軟件 在虛擬儀器測試軟件中，LabVIEW是一個極強的軟件開發平臺。但LabVIEW是一種結構化解釋型開發平臺，用它開發的軟件，無法在Windows操作系統下直接運行。根據綜合考慮軟件界面設計采用中文Visual Basic.Net語言編程，而控件設計采用LabVIEW提供的控件，這樣一來設計的軟件界面簡潔、開發容易、維護方便，便于數據維護和管理。同時又具有速度運行快、功能強大、操作簡單的特點。 用戶在登錄系統以后可以完成以下功能： * 初始化。可以輸入和編輯各種電源模塊的參數，進行標準值的設定，進行模塊的查詢、更新和刪除。 * 模塊測試。系統可以根據需要對電源模塊的參數進行自動測試或單步測試，可以設置測試型號及數據、測試條件、測試項目、測試順序，并可以進行自動測試或單步測試的選擇，并可以設置測試的標準。 * 數據分析和統計。該軟件可以對測試數據進行處理和修正、對產品性能進行分析、進行誤差超標分析、可以對數據進行分類，對產品的合格率或其它數據進行統計。 * 數據處理與輸出。該軟件可以對產生的數據進行格式轉換、進行圖形化顯示，可以產生報表，并可以進行打印和預覽。 * 系統維護。該軟件可以判斷系統的故障并給出提示，可以進行界面個人化設置，系統并有用戶管理和幫助功能。 系統軟件的主界面示于圖2。 圖2系統軟件主界面 系統軟件的測試界面示于圖3。 圖3系統軟件測試界面 虛擬測試系統的幾個技術難點分析 信號的采集和放大 在信號采集過程中，為了保證測量的準確性，系統采用高精度的無接觸式傳感器并分段測試，來保證測量的精度。 放大電路采用專用的儀表放大器AD620，AD620可以取代低價格、分立的雙運放或三運放結構儀表放大器的設計方案，并且具有優良的共模抑制、線性度、溫度穩定性、可靠性。根據AD620AN的電路結構，可以得到增益計算公式：G=(R 1 +R 2 )/RG +1，其中內部增益電阻R 1 和R 2 都調整到絕對值25kΩ，所以只需一只外接電阻R G 便可準確設置增益。增益電阻R G 的選擇，按下式計算：R G =50.5kΩ/(G-1)。 在本系統中AD620AN的應用電路如圖4。 圖4AD620AN應用電路 如果調整到G=50，則依據上述公式，RP3=931Ω。 在本系統中，AD620AN用來對系統的電流信號進行放大，系統通過采樣電阻把采樣過來的信號接入到放大器的輸入端，經過放大以后給系統的其它部分進行處理。 信號的線性隔離 由于電子負載接在電源模塊的輸出端進行工作，因此各路電子負載相互之間應該進行隔離，并與公共回路進行隔離。本系統采用HCPL4562隔離放大器，它可以對模擬信號提供寬范圍的光電隔離，它通過一個高速的檢波器使器件具有良好的線性度和低頻偏。 圖5是電子負載中電流信號隔離電路中的HCPL4562的工作電路。 圖5電子負載中電流信號隔離電路 根據器件的工作原理，信號從隔離放大器2引腳輸入后，從放大器的基極輸出端引出電流，經過電阻轉化為電壓信號后送入下一級放大器。 圖5中光電隔離器的輸入端接入射隨器，輸出端接一個放大倍數為100的運算放大器，通過調節電位器RP8（也就是調節隔離器的輸入端電流）可以使輸出電壓完全跟蹤輸入電壓的變化。 非線性誤差的自動校正 在整個系統的測試過程中，雖然在信號的測量和放大部分采取了比較好的測量方式，在信號的傳輸隔離中也盡量減少非線性的誤差，但是經過整個系統的傳輸、放大、隔離、A/D轉換，非線性的誤差仍不可避免，為了滿足系統的精度要求，需要采取自動校正措施。 自動校正采用軟件方式實現，采用查表法和插值法相結合的方式實現。 在一些標準的電壓和電流節點上，用查表法對測試數據進行校正。 如果我們測試一個標稱值為15V的電源，而實際的測試值為16V，那么此電源模塊實際的電源輸出為： (15/15.8)Χ16V=15.19V 在一些非標準的電壓和電流節點上，用線性插值法對測試數據進行校正，在數學上用下述公式： Y=Mi（X-Xi）+Yii=0，1，2，3，... 其中M為第i段的斜率。 Mi＝（Yi+1-Yi）/（Xi+1-Xi） 其中Yi+1YiXi+1Xi分別為插值節點及插值節點對應的數值。 結語 本電源模塊測試系統具有測試成本低、測量范圍廣、測試自動化程度高、測試精度高、測試速度快、可靠性高、方便數據查看和統計的特點，系統經過試驗和測試完全滿足國家對低壓電源模塊測試的要求，并得到了試用廠家的肯定。隨著虛擬測試技術和計算機數據處理技術的發展和完善，隨著國內對智能儀器設備需求的增加，電源模塊虛擬測試系統必然會越來越多地應用于電源模塊的生產企業和使用單位。 |
