隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)電源產(chǎn)品多樣性和復(fù)雜性的要求的加大期第，電源產(chǎn)品的性能和指標(biāo)如何科學(xué)而快速地檢測(cè)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)叨吮。

 

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，使得在傳統(tǒng)的電源測(cè)試領(lǐng)域引入計(jì)算機(jī)虛擬測(cè)試和處理技術(shù)成為可能瞬矩。我們根據(jù)市場(chǎng)的需求茶鉴，設(shè)計(jì)了新型的電源測(cè)試系統(tǒng)锋玲，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，以替代原來的模擬測(cè)量方式涵叮，準(zhǔn)確惭蹂、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)和分析割粮。

 

系統(tǒng)功能和組成

 

根據(jù)系統(tǒng)的要求盾碗，系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)主機(jī)、數(shù)據(jù)采集和控制卡舀瓢、程控交流源廷雅、程控直流源、4路電子負(fù)載瓣车、電源測(cè)試盒和一些附屬電路組成(圖1)唆逻。

 

 

 

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）菠贡、負(fù)載效應(yīng) （電流調(diào)整率）唇墅、效率、紋波睛至，還可以測(cè)試模塊是否具有過流保護(hù)和短路保護(hù)的功能特奇。

 

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)治部，可以進(jìn)行模塊刪除剧么，并可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、修正沧蛉、統(tǒng)計(jì)和顯示苫治，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行整理和打印。系統(tǒng)還具有雙通道測(cè)試夾具以提高測(cè)試速度篮烈。

 

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 

程控交流源

 

程控交流源的功能是根據(jù)電源模塊對(duì)輸入電源的要求來輸出交流電源颜说。系統(tǒng)采用自耦變壓器方式來產(chǎn)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汰聋。各個(gè)繼電器的開门粪、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)試模塊來分別測(cè)試交流源的輸出電壓和輸出功率烹困，把采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓的直流電壓信號(hào)玄妈，并通過A/D口送入計(jì)算機(jī)處理和顯示并與所需要的數(shù)值進(jìn)行比較。如果信號(hào)偏差值較大髓梅，說明電源輸出的電壓或電流誤差較大拟蜻，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)故障酝锅。

 

程控直流源

 

程控直流源的功能是產(chǎn)生直流電源诡必，來提供給DC/DC電源模塊的電壓輸入端。系統(tǒng)采用變壓器降壓搔扁，然后整流爸舒、濾波的形式得到直流電源，最后根據(jù)系統(tǒng)的要求遇冶，由計(jì)算機(jī)的D/A輸出口根據(jù)調(diào)整功率管的工作范圍得到需要的調(diào)整后的電源材又。

 

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)以保證電源輸出精度涧智，電路對(duì)輸出的電壓药屠、電流進(jìn)行取樣，并對(duì)電壓誊桅、電流信號(hào)的乘積進(jìn)行采樣崇旺，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)置的電壓值坷疙，則系統(tǒng)啟動(dòng)保護(hù)電路皱蝙，切斷電源悉通，并提醒用戶及時(shí)排除故障涕肪。

 

電子負(fù)載

 

本系統(tǒng)采用功率調(diào)整管作為電子負(fù)載，通過計(jì)算機(jī)的D/A口輸出電壓控制信號(hào)滤填，信號(hào)經(jīng)過調(diào)整以后锌烫，通過調(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電壓和電流信號(hào)认扼，采樣到的電壓和電流信號(hào)分別送給系統(tǒng)保護(hù)電路啸盏，同時(shí)把電壓和電流信號(hào)處理成功率信號(hào)也送給系統(tǒng)保護(hù)電路與設(shè)定值進(jìn)行比較，如信號(hào)過大骑祟，則啟動(dòng)保護(hù)電路回懦，切斷輸入回路和輸出回路，并啟動(dòng)報(bào)警電路以提醒用戶注意次企，故障排除以后可以使用復(fù)位電路使保護(hù)電路復(fù)位怯晕。

 

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)行比較缸棵，如有偏差可以經(jīng)過接口板D/A口輸出電壓控制信號(hào)重新調(diào)節(jié)功率管的工作狀態(tài)舟茶。

 

雙路測(cè)試盒

 

根據(jù)系統(tǒng)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)行連接堵第，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)試吧凉。當(dāng)1通道開始工作時(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)阀捅，使計(jì)算機(jī)對(duì)通道1進(jìn)行測(cè)試胀瞪，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)試完成后芳倒，通道1斷開念澜，通道2吸合，把開關(guān)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)牌度，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)試禾样。

 

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口較多揖蜒，而且需要隔離怨瑰。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路升诡，其中1路作為調(diào)節(jié)程控直流電源時(shí)使用惨琼；提供A/D輸入口16路，作為功率信號(hào)页函、電壓信號(hào)涧馋、電流信號(hào)、紋波信號(hào)的輸入通道庭四；提供I/O輸出口16路蚜懦，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路橡疼，用于開關(guān)信號(hào)的輸入控制援所。I/O口的邏輯電平符合TTL電平標(biāo)準(zhǔn)。

 

* B板提供4路互相隔離的D/A口輸出欣除，分別提供給4路電子負(fù)載作為調(diào)節(jié)信號(hào)使用住拭，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历帚，又能使系統(tǒng)的線性度達(dá)到最好滔岳。

 

系統(tǒng)軟件

 

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)挽牢。但LabVIEW是一種結(jié)構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺(tái)谱煤，用它開發(fā)的軟件，無法在Windows操作系統(tǒng)下直接運(yùn)行卓研。根據(jù)綜合考慮軟件界面設(shè)計(jì)采用中文Visual (暫不可見)語言編程趴俘，而控件設(shè)計(jì)采用LabVIEW提供的控件，這樣一來設(shè)計(jì)的軟件界面簡(jiǎn)潔奏赘、開發(fā)容易寥闪、維護(hù)方便，便于數(shù)據(jù)維護(hù)和管理。同時(shí)又具有速度運(yùn)行快椭梁、功能強(qiáng)大逼读、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：

 

* 初始化捻奉∏嘞龋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)定九站，進(jìn)行模塊的查詢委鸯、更新和刪除。

 

* 模塊測(cè)試屋骇。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)試菲国，可以設(shè)置測(cè)試型號(hào)及數(shù)據(jù)、測(cè)試條件殷彰、測(cè)試項(xiàng)目射屿、測(cè)試順序，并可以進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試或單步測(cè)試的選擇哺肘，并可以設(shè)置測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)殴胧。

 

* 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)行處理和修正佩迟、對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行分析团滥、進(jìn)行誤差超標(biāo)分析、可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類音五，對(duì)產(chǎn)品的合格率或其它數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)惫撰。

 

* 數(shù)據(jù)處理與輸出羔沙。該軟件可以對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換躺涝、進(jìn)行圖形化顯示，可以產(chǎn)生報(bào)表扼雏，并可以進(jìn)行打印和預(yù)覽坚嗜。

 

* 系統(tǒng)維護(hù)。該軟件可以判斷系統(tǒng)的故障并給出提示诗充，可以進(jìn)行界面?zhèn)€人化設(shè)置苍蔬，系統(tǒng)并有用戶管理和幫助功能。

系統(tǒng)軟件的主界面示于圖2蝴蜓。

 

 

 

圖2  系統(tǒng)軟件主界面

 

系統(tǒng)軟件的測(cè)試界面示于圖3碟绑。

 

 

 

圖3  系統(tǒng)軟件測(cè)試界面

 

虛擬測(cè)試系統(tǒng)的幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)分析

 

信號(hào)的采集和放大

 

在信號(hào)采集過程中，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性榛舍，系統(tǒng)采用高精度的無接觸式傳感器并分段測(cè)試溃杖，來保證測(cè)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(jià)格卢圈、分立的雙運(yùn)放或三運(yùn)放結(jié)構(gòu)儀表放大器的設(shè)計(jì)方案储佣，并且具有優(yōu)良的共模抑制、線性度借衅、溫度穩(wěn)定性位蓉、可靠性。根據(jù)AD620AN的電路結(jié)構(gòu)鹊属，可以得到增益計(jì)算公式：G=(R 1 +R 2 )/RG +1冶媚，其中內(nèi)部增益電阻R 1 和R 2 都調(diào)整到絕對(duì)值25kΩ，所以只需一只外接電阻R G 便可準(zhǔn)確設(shè)置增益危劫。增益電阻R G 的選擇太迈，按下式計(jì)算：R G =50.5kΩ/(G-1)。

 

在本系統(tǒng)中AD620AN的應(yīng)用電路如圖4便锨。

 

 

 

圖4  AD620AN應(yīng)用電路

 

如果調(diào)整到G=50围辙，則依據(jù)上述公式，RP3=931Ω放案。

 

在本系統(tǒng)中姚建，AD620AN用來對(duì)系統(tǒng)的電流信號(hào)進(jìn)行放大，系統(tǒng)通過采樣電阻把采樣過來的信號(hào)接入到放大器的輸入端吱殉，經(jīng)過放大以后給系統(tǒng)的其它部分進(jìn)行處理掸冤。

 

信號(hào)的線性隔離

 

由于電子負(fù)載接在電源模塊的輸出端進(jìn)行工作，因此各路電子負(fù)載相互之間應(yīng)該進(jìn)行隔離友雳，并與公共回路進(jìn)行隔離稿湿。本系統(tǒng)采用HCPL4562隔離放大器，它可以對(duì)模擬信號(hào)提供寬范圍的光電隔離押赊，它通過一個(gè)高速的檢波器使器件具有良好的線性度和低頻偏饺藤。 圖5是電子負(fù)載中電流信號(hào)隔離電路中的HCPL4562的工作電路。

 

 

 

圖5  電子負(fù)載中電流信號(hào)隔離電路

 

根據(jù)器件的工作原理流礁，信號(hào)從隔離放大器2引腳輸入后涕俗，從放大器的基極輸出端引出電流，經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后送入下一級(jí)放大器神帅。

 

圖5中光電隔離器的輸入端接入射隨器山堵，輸出端接一個(gè)放大倍數(shù)為100的運(yùn)算放大器，通過調(diào)節(jié)電位器RP8（也就是調(diào)節(jié)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几菲。

 

非線性誤差的自動(dòng)校正

 

在整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試過程中硅决，雖然在信號(hào)的測(cè)量和放大部分采取了比較好的測(cè)量方式，在信號(hào)的傳輸隔離中也盡量減少非線性的誤差杉唇，但是經(jīng)過整個(gè)系統(tǒng)的傳輸拂是、放大验沮、隔離、A/D轉(zhuǎn)換责祥，非線性的誤差仍不可避免牡增，為了滿足系統(tǒng)的精度要求，需要采取自動(dòng)校正措施壳坞。

 

自動(dòng)校正采用軟件方式實(shí)現(xiàn)柑耙，采用查表法和插值法相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。

 

在一些標(biāo)準(zhǔn)的電壓和電流節(jié)點(diǎn)上搂瓣，用查表法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校正雷鸟。

 

如果我們測(cè)試一個(gè)標(biāo)稱值為15V的電源，而實(shí)際的測(cè)試值為16V氢拥，那么此電源模塊實(shí)際的電源輸出為：

 

(15/15.8)Χ16V=15.19V

 

在一些非標(biāo)準(zhǔn)的電壓和電流節(jié)點(diǎn)上蚌铜，用線性插值法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，在數(shù)學(xué)上用下述公式：

 

Y=Mi（X-Xi）+Yi    i=0嫩海，1冬殃，2，3叁怪，...

 

其中M為第i段的斜率审葬。

 

Mi＝（Yi+1-Yi）/（Xi+1-Xi）

 

其中Yi+1　　Yi　　Xi+1　　Xi　　分別為插值節(jié)點(diǎn)及插值節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

 

結(jié)語

 

本電源模塊測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試成本低奕谭、測(cè)量范圍廣涣觉、測(cè)試自動(dòng)化程度高、測(cè)試精度高血柳、測(cè)試速度快官册、可靠性高、方便數(shù)據(jù)查看和統(tǒng)計(jì)的特點(diǎn)难捌，系統(tǒng)經(jīng)過試驗(yàn)和測(cè)試完全滿足國(guó)家對(duì)低壓電源模塊測(cè)試的要求膝宁，并得到了試用廠家的肯定。隨著虛擬測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展和完善捣柿，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)智能儀器設(shè)備需求的增加嚎区，電源模塊虛擬測(cè)試系統(tǒng)必然會(huì)越來越多地應(yīng)用于電源模塊的生產(chǎn)企業(yè)和使用單位。 

 

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