AC/DC與DC/DC電源模塊虛擬測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

概述了電源模塊虛擬測(cè)試系統(tǒng)的組成和功能，并對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，包括程控交流源、程控直流源、電子負(fù)載、雙路測(cè)試盒以及系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。最后說明了系統(tǒng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電源模塊；虛擬儀器；測(cè)量；光電隔離器

0??? 引言

??? 近幾年來，隨著對(duì)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(cè)其性能和指標(biāo)成了一大難題。原來的手動(dòng)測(cè)量方式已不能滿足生產(chǎn)廠家和用戶的要求，測(cè)試自動(dòng)化成為電源模塊測(cè)試追求的目標(biāo)[1]。

??? 隨著虛擬儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，使在傳統(tǒng)的電源測(cè)試領(lǐng)域引入計(jì)算機(jī)虛擬測(cè)試技術(shù)成為可能。我們根據(jù)市場(chǎng)的需求，設(shè)計(jì)了新型的電源測(cè)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(cè)量方法，替代原來的模擬測(cè)量方式，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、快速地測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(kù)，可以存儲(chǔ)模塊數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行模塊刪除，并可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行打印。系統(tǒng)還具有雙通道測(cè)試夾具以提高測(cè)試速度。

2??? 系統(tǒng)各個(gè)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(duì)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(gè)繼電器的開、關(guān)信號(hào)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(cè)試模塊和有功功率測(cè)試模塊，分別測(cè)試交流源的輸出電壓和輸出功率，把采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓的直流電壓信號(hào)，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(hào)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(dòng)報(bào)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(cè)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(duì)控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，電路對(duì)輸出的電壓、電流進(jìn)行取樣，并對(duì)電壓、電流信號(hào)的乘積進(jìn)行采樣，分別把這些信號(hào)輸入到保護(hù)電路，如果信號(hào)大于保護(hù)設(shè)置的電壓值，則系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)電路，切斷電源，并提醒用戶及時(shí)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(hào)，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(hào)和電流信號(hào)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(hào)，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(hào)分別送給系統(tǒng)保護(hù)電路，同時(shí)把電壓和電流信號(hào)處理成功率信號(hào)，送給系統(tǒng)保護(hù)電路與設(shè)定值進(jìn)行比較，如信號(hào)過大，則啟動(dòng)保護(hù)電路，切斷輸入電路和輸出電路，并啟動(dòng)報(bào)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(cè)試盒的設(shè)計(jì)

??? 根據(jù)測(cè)試要求，測(cè)試盒要有兩個(gè)通道分別和被測(cè)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(duì)兩個(gè)通道分別進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)通道1開始工作時(shí)，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(hào)送入計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)對(duì)通道1進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試得到的電壓信號(hào)和紋波信號(hào)送給系統(tǒng)處理。測(cè)試完成后，通道1斷開，通道2吸合，把開關(guān)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)開始對(duì)通道2上的電源模塊的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)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(shí)使用；提供A/D輸入口16路，作為功率信號(hào)、電壓信號(hào)、電流信號(hào)、紋波信號(hào)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(hào)的控制；提供I/O輸入口16路，用于開關(guān)信號(hào)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(hào)使用，4路輸出信號(hào)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行隔離并且各路信號(hào)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(cè)試軟件中，LabVIEW是一個(gè)極強(qiáng)的軟件開發(fā)平臺(tái)。但LabVIEW是一種結(jié)構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺(tái)，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(yǔ)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(jiǎn)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(shí)又具有速度運(yùn)行快、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)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(cè)試系統(tǒng)可以根據(jù)需要對(duì)電源模塊的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試或單步測(cè)試，可以設(shè)置測(cè)試型號(hào)及數(shù)據(jù)、測(cè)試條件、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試順序，可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試或單步測(cè)試的選擇，并可以設(shè)置測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。

??? 3）數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)該軟件可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，對(duì)產(chǎn)品性能和誤差超標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，對(duì)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(duì)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(bào)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??? 系統(tǒng)軟件的主界面

3??? 虛擬測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)

??? 本測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：

??? 1）測(cè)試成本低系統(tǒng)測(cè)試電路簡(jiǎn)單，不需要任何附加儀器；

??? 2）測(cè)量范圍廣可以測(cè)試電源產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)；

??? 3）測(cè)試自動(dòng)化程度高可以全自動(dòng)、半自動(dòng)或單項(xiàng)測(cè)試；

??? 4）測(cè)試精度高整個(gè)測(cè)試沒有任何人為造成的誤差；

??? 5）測(cè)試速度快專有的虛擬儀器采樣技術(shù)保證測(cè)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(dòng)保存，圖表化信息顯示。

4??? 結(jié)語(yǔ)

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