AC/DC与DC/DC电源模块虚拟测试系统的设计

摘要：概述了电源模块虚拟测试系统的组成和功能，并对系统的设计进行了简要的介绍，包括程控交流源、程控直流源、电子负载、双路测试盒以及系统的软件设计。最后说明了系统的特点。 关键词：电源模块；虚拟仪器；测量；光电隔离器 引言 近几年来，随着对电源产品多样性和复杂性的要求的加大，如何科学而快速地检测其性能和指标成了一大难题。原来的手动测量方式已不能满足生产厂家和用户的要求，测试自动化成为电源模块测试追求的目标[1]。 随着虚拟仪器技术和计算机测试技术的发展，使在传统的电源测试领域引入计算机虚拟测试技术成为可能。我们根据市场的需求，设计了新型的电源测试仪器，它使用以数字调整和计算机分析为主的虚拟测量方法，替代原来的模拟测量方式，实现了准确、快速地测量电源产品的各项性能指标，并能做出各种数据统计和分析。 1 系统组成和功能 根据测试要求，系统由计算机主机、数据采集和控制卡、程控交流源、程控直流源、4路电子负载、电源测试盒和一些附属电路组成。系统框图如图1所示。 系统可以测试电源模块的输出电压、源效应（电压调整率）、负载效应（电流调整率）、效率、纹波，还可以测试模块是否具有过流保护和短路保护的功能。 系统可以创建电源模块数据库，可以存储模块数据，可以进行模块删除，并可以对测试数据进行统计、对测试数据报表进行打印。系统还具有双通道测试夹具以提高测试速度。 2 系统各个部分的设计 2.1 程控交流源的设计 程控交流源的功能是根据电源模块对输入电源的要求输出交流电压。系统采用自耦变压器方式输出需要的各路电压。变压器输入为AC220V，各组输出采用继电器切换的方式获得需要的各路电压。各个继电器的开、关信号由计算机通过控制接口板的I/O口进行控制。 在电源的输出端安装交流电压测试模块和有功功率测试模块，分别测试交流源的输出电压和输出功率，把采集到的信号转换为低电压的直流电压信号，并通过A/D口送入计算机显示并与所需要的数值进行比较。如果信号比标准值大，说明电源输出的电压或电流偏大，就可以启动报警电路和保护电路，把程控交流源的输入电压用继电器断开，并提醒操作人员检测故障。 2.2 程控直流源的设计 程控直流源的功能是产生直流电压，供给DC/DC电源模块的输入端。系统采用变压器降压，然后整流、滤波的形式得到直流电源，然后根据系统的要求，由计算机的D/A输出口根据功率调整管的工作范围得到需要的调整后的电压。 变压器输出分为4档，分别由D/A口对控制信号进行调节，电路对输出的电压、电流进行取样，并对电压、电流信号的乘积进行采样，分别把这些信号输入到保护电路，如果信号大于保护设置的电压值，则系统启动保护电路，切断电源，并提醒用户及时排除故障。 2.3 电子负载的设计 本系统采用功率调整管作为电子负载，即通过计算机的D/A口输出的控制信号，经过运算放大器后，调节功率管的基极电压把功率管模拟成负载使用。 在功率管的输出端采样到的电压信号和电流信号经处理后送计算机进行处理，并与需要的参数值进行比较，如有偏差可以经过接口板D/A口输出控制信号，重新调节功率管的工作状态。另外，采样到的电压和电流信号分别送给系统保护电路，同时把电压和电流信号处理成功率信号，送给系统保护电路与设定值进行比较，如信号过大，则启动保护电路，切断输入电路和输出电路，并启动报警电路以提醒用户注意，故障排除以后可以使用复位电路使保护电路复位。 2.4 双路测试盒的设计 根据测试要求，测试盒要有两个通道分别和被测的电源模块进行连接，系统采用继电器转换的方式对两个通道分别进行测试。当通道1开始工作时，通过继电器把通道2断开，并把指示通道1工作的开关信号送入计算机，使计算机对通道1进行测试，测试得到的电压信号和纹波信号送给系统处理。测试完成后，通道1断开，通道2吸合，把开关信号送入计算机，计算机开始对通道2上的电源模块的性能指标进行测试。 2.5 系统的隔离与耦合 由于系统需要的接口板的A/D口、D/A口较多，而且需要隔离，本方案采用了A、B两块接口板来完成。 1）A板提供D/A口2路，其中1路作为调节程控直流电源时使用；提供A/D输入口16路，作为功率信号、电压信号、电流信号、纹波信号的输入通道；提供I/O输出口16路，用于控制程控交流源的输出以及其它信号的控制；提供I/O输入口16路，用于开关信号的输入控制。I/O口的逻辑电平要符合TTL电平标准。 2）B板提供4路互相隔离的D/A口输出，分别提供给4路电子负载作为调节信号使用，4路输出信号与计算机进行隔离并且各路信号彼此之间采用高速光电隔离器进行隔离，这样既保证了隔离的效果，又能使系统的线性度达到最好。 2.6 系统软件的设计 在虚拟仪器测试软件中，LabVIEW是一个极强的软件开发平台。但LabVIEW是一种结构化解释型开发平台，用它开发的软件，无法在Windows操作系统下直接运行[2]。经综合考虑，软件界面设计采用中文VisualBasic6.0语言编程，而控件设计采用LabVIEW提供的控件，这样设计的软件界面简洁、开发容易、维护方便，便于数据维护和管理[3]。同时又具有速度运行快、功能强大、操作简单的特点。 用户在登录系统以后可以完成以下功能： 1）初始化可以输入和编辑各种电源模块的参数，进行标准值的设定，进行模块的查询、更新和删除； 2）模块测试系统可以根据需要对电源模块的参数进行自动测试或单步测试，可以设置测试型号及数据、测试条件、测试项目、测试顺序，可以进行自动测试或单步测试的选择，并可以设置测试的标准。 3）数据分析和统计该软件可以对测试数据进行查看，对产品性能和误差超标进行分析，对数据进行分类，对产品的合格率或其它数据进行统计； 4）数据处理与输出该软件可以对产生的数据进行转换、进行图形化显示，可以产生报表，并可以进行打印和预览； 5）系统维护该软件可以判断系统的故障并给出提示，可以进行界面个人化设置，系统并有用户管理和帮助功能。 系统软件的主界面如图2所示。 图2 3 虚拟测试系统的特点 本测试系统的特点如下： 1）测试成本低系统测试电路简单，不需要任何附加仪器； 2）测量范围广可以测试电源产品的各项性能指标； 3）测试自动化程度高可以全自动、半自动或单项测试； 4）测试精度高整个测试没有任何人为造成的误差； 5）测试速度快专有的虚拟仪器采样技术保证测试效率； 6）可靠性高系统符合电磁兼容性标准的要求，运行可靠； 7）安全性高系统采用了多种安全保护措施，保证了用户和模块的安全； 8）方便数据查看与统计数据自动保存，图表化信息显示。 4 结语 本文介绍了电源模块虚拟测试系统的功能和设计，系统经过试验和测试完全满足国家对电源模块测试的要求，并得到了试用厂家的肯定。随着虚拟测试技术的发展和完善，随着国内对智能仪器设备需求的增加，电源模块虚拟测试系统必然会越来越多地应用于电源模块生产企业和使用单位。