平台化电源测试及应用

           测试，是保证产品质量与品质必不可少的一个环节，制造商需要更精准、更灵活、更经济的测试系统。发展越迅速的产业以及应用越广泛的产品，对测试与相关技术的要求就越严格与多变，正如电源产业迅速发展所带来的测试工作的巨大挑战。

        实际需求驱动电源测试工作不断改善

        电源在生活中随处可见，从消费类电子产品到军事装备和工业设施，众多电子设备都需要电源以确保正常运行。从原理上来看，常见的电源实例包括通信用AC-DC开关电源和DC-DC开关电源，除了上述两类，针对某特定应用的特种电源也比比皆是，无论哪种电源，其测试过程都是巨大的挑战，主要集中在以下几个方面。

        1．指标与功能的不断提升

       1) 电源的拓扑结构日趋复杂：开关电源技术发展至今，已经由当初的三种基本拓扑结构演变为现在的多种结构。拓扑结构的复杂化加之软开关等辅助技术的发展，使得电路节点与控制信号增多。因此，在电源的设计过程中，如何准确采集电路各个节点与控制信号的状态显得尤为重要。例如：同步整流电源需要同步监测几个开关的控制信号；反激式电源则需要同时监测初级与次级两个隔离电流通路的电流状态。

        2) 电源的效率要求越来越高：随着微处理器技术的不断革新，其供电电源也在向低电压、大电流和大功率的方向发展，此外，电源设备的小型化对电源效率的要求更高。一般来讲，开关电源的损耗主要来自开关损耗和电感磁损两方面。因此，研发过程中，度量这两方面的电能消耗将成为另一项重要需求。

        3) 对电源暂态特性指标的重视程度逐渐提高：为更好地对电源进行测试，打开时间、关闭时间、DC端输出的稳定时间等过程指标也需要精准测试，这就要求测试设备在具有更高精度与带宽的同时，要综合运用测试相关技术，才能够精准地捕获这些信号。

        2．降低成本与更新迭代加速

        随着相关技术的迅速发展，电子设备更新换代加快，这使得电源产品型号更新周期越来越短，电源技术的发展本身也使得电源产品更新迭代加速。要求新产品完成测试工作所用的时间越来越短，电源厂商迫切需要测试系统具备快速换型，测试序列无缝迁移，系统自学习等功能，真正实现不同型号产品的共线测试与共平台测试。虽然留给设计工程师设计、生产与测试的时间越来越短，但产品的成本却在降低。据某权威调查数据显示，AC/DC前端开关电源的平均成本已经从2003年的0.1～0.2美元/瓦降到了0.08～0.14美元/瓦，测试指标却越来越严格，降低成本成为企业关心的焦点之一。模块化开放的测试系统能够降低测试成本，并快速适应不同的被测对象，很好地弥补了传统台式测试设备的不足，更适合当前的电源测试需求。

        3．迫切需要自主掌握核心技术

        每个企业都迫切想要掌握属于自己的核心技术，这是企业赖以生存的核心竞争力，对于电源研制和生产的企业同样如此。在由中国制造向中国创造转型的过程中，越来越多的电源厂商不断积累和提升自身的核心技术实力，为生产出在全球市场具有竞争力产品奠定坚实基础。产品生产环节的终检测试已经不能够满足当下的测试需求，电源厂商期望测试系统能够在研发、设计和生产的全过程都提供有力的支撑。相应地，如何助力企业掌握核心技术也是摆在测试测量厂商面前的目标和挑战。

图1：Power MASTER电源测试工具包。

 [page]       平台化电源测试解决方法

        根据以上挑战我们不难看出，电源厂商一方面需要方便快捷的电源测试与检测平台，以提高电源产品测试的易于操作性，维护方便性，减少维护测试费用等；另外一方面，也需要高效、高精度、高可靠性的测试系统以尽快推出更优的新产品，赢得商机。因此，无论是初期的手工作坊操作方式，或是传统的台式仪器的方式，都不能够满足当下的测试需求。结合国内外技术的经验以及大量实践应用可知，平台化的电源测试能够帮助我们解决这些问题。

        1．模块化硬件平台

        为了在保障可靠性的同时，获取最大的灵活性，测试系统往往需要统一的硬件平台，包括核心数据采集设备、测试配套环境提供设备、信号接入与夹具、矩阵与路由等几大部分，每个部分能够提供成熟完善的可选搭配，以快速胜任不同测试需求和不同应用场合的测试工作。

        核心测试平台的选择对于硬件平台的灵活性起到至关重要的作用，PXI总线作为主流的测试总线，模块化的硬件架构能够提供灵活多变的硬件组合，覆盖可程控AC/DC电源供应器、电子负载、数字电表、示波器、时序/噪声分析仪和短路及过电压保护测试器等设备，从而在硬件上真正满足任何形式的电源的基本电气功能测试要求。

        2．高度集成的智能软件平台

        软件在平台化测试中扮演着重要的角色，既要具备易用友好的操作性，又要精确地与平台内所有硬件进行交互，更为重要的是还要具有智能调配资源/交互感知等功能。具体来讲，电源测试软件应该具备如下特点：

   可自定义：支持不同电源型号的测试项目自由编辑，优化测试命令技术以执行效率；可拓展性：方便添加新测试项目和功能，开放测试端口，无缝链接硬件平台，适用各种电源自主研发测试；可靠性高：开发过程从下游到上游引入可靠保障机制，程序代码经过完善测试，开发过程遵循相关标准，具有良好的鲁棒性与容错能力，可以保障电源测试系统在软件设计上的可靠性，与硬件连接部分经过多平台测试，确保使用过程中的性能；专业性强：针对电源测试应用进行功能优化，具备相关总线通讯能力，根据测试需求自动生成报表，具有数据库操作能力，方便进行质量统计。

       3.测试应用案例：星载二次电源测试

      系统对卫星控制分系统电源部分测试，属于DC测试，在统一平台中能够测试12种星载二次电源，分析其电压特性、功率特性、负载特性。具有良好扩展性，能够与外围设备，如示波器、一次电源等组成一套系统。扩展性良好，能够测试新型号电源，并适应星载环境要求。

        4.测试应用案例：服务器电源自动测试台

        具备并行测试仪器控制、自定义编辑测试序列，配置报表生成规范等功能；轻松实现各种电源供应器的基本电气功能的测试。主要测试项目：动态负载下输出的反应特性(Dynamic Response)，输入电源变化时某输出电压的稳定性(Line Regulation)，开机时各组输出电压上升的时序(Turn on Time)，过电压保护测试(Over Voltage Protection Test)等电源特性、时间特性、电器特性的测试。支持PMBus1.1版本所有标准命令和扩展命令，兼容自定义指令，支持厂商自定义命令码表，支持7位和10位器件地址灵活配置和寻址，通讯速率高达400Kbps，包括全面的函数功能模块，方便实用。

图2：平台化电源测试的模块化硬件平台

    如何获取真正的测试需求

    [page]    以用户需求为导向是测试测量行业发展的一大特点，满足客户需求甚至超前需求是测试厂商需要时刻铭记的，而测试测量需求趋向于细分化更是主流趋势，不同行业、不同区域、不同厂商甚至不同产品线的需求各不相同，在国外公司居主导地位的电源中高端测试领域中，北京泛华恒兴科技有限公司对于测试系统如何紧贴电源行业发展，如何因地制宜地做测试等方面，有自己独特的一系列规范和方法。

        1.全自动化测试与灵活易于调试

        由于人力成本，培训成本以及人工误操作等因素，生产线终检测试希望尽可能的提高自动化程度。而研究实验阶段所需的测试设备，由于产品尚未定型，需要更改和调试的内容相当多，所以科研人员希望测试设备能够尽量灵活与开放，以方便研发设计过程中的测试。

        2.高精度与严格的测试节拍

        在实验研发阶段，对于测试精度的要求往往高于产品定型后的生产阶段测试，而生产阶段的测试节拍要求却异常苛刻，很多时候，即使是全自动化的测试系统，也无法满足整个产线的测试节拍需求，这时候，需要因地制宜地采用并行测试技术，以提高测试效率。

        3.测试环境差异

        在实验室中测试环境相对理想，而在实际工程应用中，测试环境就变得复杂许多，为保证测试系统的精度和指标，需要在设计测试系统开始时就考虑环境因素所带来的影响。

        4.软件需求差异

        研究型软件和生产型软件的应用阶段不同，因此在需求上具有较大的差异。研究型软件应用于技术研发阶段，因为技术和产品尚未定型，因此存在更多的变数，软件需要根据技术的不断成形的过程而不断的改变。因此研究型软件要求架构灵活健壮，能够快速的应对和满足各种变化的需要，而对易操作性、稳定性和功能完整性的要求相对不高。生产型软件应用于技术已经转化为生产力的阶段，即产品的生产阶段。由于产品已经定型，因此需要软件功能完整，易于使用，并且要求软件稳定，能够保证生产的顺利进行。

        本文小结

        平台化的电源测试模式经过大量实际电源测试项目的充分验证，可以满足电源测试的现实需求。平台化架构与模块的灵活组合，可以最大限度地适应不同应用场合、不同阶段、不同产品型号的测试，高度集中的智能软件支持使得这个过程更为迅速与便捷，可为电源研发和生产的顺利开展提供有力保障，无疑是电源测试今后的发展趋势。