基于PXI總線的電源模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李正交，王永和

（北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044）

隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，PXI總線技術(shù)廣泛用于各種列車(chē)控制設(shè)備，其中基于PXI總線的電源模塊作為各列控設(shè)備基礎(chǔ)模塊被大量使用，因此針對(duì)其測(cè)試提出了更高的要求。

列控設(shè)備中所用電源種類繁多，本文主要研究基于PXI總線的直流可控電源模塊。其典型工作原理框圖如圖1。

圖1 典型電源模塊工作原理框圖

由圖1可知，基于PXI總線的典型電源模塊主要由電壓轉(zhuǎn)換電路和輸出受控電路組成，輸入電壓為V1，產(chǎn)生兩路輸出電壓V2。電壓轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電壓V1向電壓V2的轉(zhuǎn)換，兩路輸出受控電路工作原理一樣，它們主要受輸入動(dòng)態(tài)方波和高低電平信號(hào)共同控制電壓輸出。

列控設(shè)備常采用2×2取2的控制方式來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性與安全性，當(dāng)雙路輸出結(jié)果對(duì)比相同后，才會(huì)向電源模塊發(fā)出動(dòng)態(tài)方波允許輸出電壓。電平信號(hào)由列控設(shè)備自檢模塊控制輸出，默認(rèn)輸入電平為低，當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備故障后才置高，從而關(guān)斷電源輸出。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于PXI總線的電源模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分主要包括：可調(diào)直流電源、測(cè)試轉(zhuǎn)接電路、虛擬儀器等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 自動(dòng)測(cè)試硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1 可調(diào)直流電源

可調(diào)直流電源主要為被測(cè)電源模塊提供輸入電源，通過(guò)測(cè)試轉(zhuǎn)接電路與電源模塊直接相連，它主要由虛擬儀器進(jìn)行控制，通過(guò)GPIB模塊調(diào)整可調(diào)直流電源的供電電壓，以改變電源模塊的工作狀態(tài)。

1.2 測(cè)試轉(zhuǎn)接電路

測(cè)試轉(zhuǎn)接電路作為電源模塊與可調(diào)直流電源和虛擬儀器間的連接通道，完成各種測(cè)試信號(hào)的傳遞工作。測(cè)試轉(zhuǎn)接電路通過(guò)接收虛擬儀器控制指令改變電源模塊輸入信號(hào)，如方波通斷控制、高低電平控制、負(fù)載連斷控制等，并將電源模塊的輸出信號(hào)傳送出去供虛擬儀器進(jìn)行采集分析。

測(cè)試轉(zhuǎn)接電路的各種輸入輸出信號(hào)流向見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試轉(zhuǎn)接電路數(shù)據(jù)流向

1.3 虛擬儀器

虛擬儀器主要產(chǎn)生各種控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊不同工作狀態(tài)的控制，并對(duì)電源模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行采集分析，給出測(cè)試結(jié)論。本測(cè)試系統(tǒng)所用到的虛擬儀器模塊主要有：PXI-8180嵌入式控制器模塊、PXI-6221數(shù)據(jù)采集模塊、PXI-6542示波器模塊、PXI-4072萬(wàn)用表模塊、GPIB模塊[1]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)選擇LabWindows/CVI 作為開(kāi)發(fā)工具，它是一個(gè)完全集成式的開(kāi)發(fā)環(huán)境，特別為建立以PXI和插入式數(shù)據(jù)采集板卡為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)而設(shè)計(jì)[2]。

2.1 關(guān)鍵測(cè)試參數(shù)

電源模塊正常工作時(shí)，會(huì)按規(guī)定輸出兩路標(biāo)準(zhǔn)的V2電壓。通過(guò)對(duì)V2電壓進(jìn)行測(cè)量來(lái)判斷電源模塊是否正常工作，現(xiàn)選取5種電壓測(cè)試參數(shù)：

（1）輸出電壓精度：輸入額定輸入電壓V1時(shí)，電路輸出電壓（V）與額定輸出電壓（V2）之差比上額定輸出電壓V2。即：（（V-V2）/V2）×100%。

（2）輸出電壓調(diào)整率：分別輸入最小輸入電壓、額定輸入電壓、最大輸入電壓得到電路輸出電壓分別為Va、Vb、Vc,額定輸出電壓為V。

分別取Vol1=((Vb-Va)/V)×100%;Vol2 =((Vb-Vc)/V)×100%；

則輸出電壓調(diào)整率為Max(Vol1,Vol2)。

（3）負(fù)載調(diào)整率：輸入額定電壓V1時(shí)，斷開(kāi)負(fù)載電阻時(shí)的輸出電壓（Va）與接通電阻時(shí)的輸出電壓（Vb）之差比上斷開(kāi)電阻時(shí)的輸出電壓（Va），即：（（Va-Vb）/Va）× 100%。

（4）紋波噪聲有效值：輸入額定電壓V1時(shí)，接通負(fù)載電阻、電容，輸出電壓所有采集值的標(biāo)準(zhǔn)差即為紋波噪聲的有效值。

（5）紋波噪聲峰峰值：輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓V1時(shí)，接通負(fù)載電阻、電容，輸出電壓所有采集值濾除直流電壓后最大峰值與最小峰值之差。

2.2 軟件模塊化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，可方便實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)功能的修改和移植。根據(jù)功能的不同自動(dòng)測(cè)試軟件主要包括手動(dòng)測(cè)試模塊和自動(dòng)測(cè)試模塊等。

軟件的具體功能模塊劃分如圖3。

圖3 自動(dòng)測(cè)試軟件模塊劃分

（1）LED指示燈測(cè)試

LED指示燈測(cè)試主要通過(guò)改變輸入電壓、受控電路動(dòng)態(tài)方波及電平信號(hào)來(lái)改變?nèi)稬ED指示燈狀態(tài)，通過(guò)測(cè)試人員觀察判斷LED指示燈工作狀態(tài)，同時(shí)配合測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行選擇達(dá)到測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析的目的。

（2）電壓轉(zhuǎn)換電路測(cè)試

電壓轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)輸入電壓V1向V2的變換，轉(zhuǎn)換電路是否正常工作可以通過(guò)對(duì)輸入輸出電壓信號(hào)特性的分析判斷。主要測(cè)試項(xiàng)目包括對(duì)輸入電壓V1、輸出電壓V2的電壓參數(shù)的測(cè)試與分析，以此來(lái)判斷電壓轉(zhuǎn)換電路的工作性能。

（3）受控電路測(cè)試

受控電路不進(jìn)行電壓大小的變換，它相當(dāng)于電路開(kāi)關(guān)的作用，只有在相應(yīng)條件滿足的情況下才輸出電壓。相應(yīng)條件主要包括：輸入電壓V2、輸入動(dòng)態(tài)方波和低電平信號(hào)。通過(guò)改變動(dòng)態(tài)方波輸入情況及高低電平信號(hào)測(cè)試分析輸出電壓各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，以此來(lái)判斷受控電路的工作性能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

圖4 測(cè)試軟件運(yùn)行界面

將該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于基于PXI總線的24V轉(zhuǎn)12V電壓的電源模塊，實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試狀態(tài)如圖4。

測(cè)試系統(tǒng)可以分別設(shè)置測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試次數(shù)，面板中電壓表及示波器實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)采集到的電壓信號(hào)及波形數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示于面板右側(cè)。通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠正確判斷出故障板與合格板，滿足系統(tǒng)測(cè)試要求，提高了工作效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)列控設(shè)備中基于PXI總線的電源模塊測(cè)試問(wèn)題，本文首先對(duì)典型電源模塊進(jìn)行工作原理分析，提出基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試；對(duì)于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)先后從硬件和軟件設(shè)計(jì)兩方面對(duì)其進(jìn)行介紹，最后通過(guò)實(shí)際的電源模塊對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。本系統(tǒng)已在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中得到應(yīng)用，可顯著提高測(cè)試的工作效率。

[1]劉 穎. 基于虛擬儀器的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2010（2）：46-48.

[2]趙會(huì)兵. 虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.