平臺化電源測試及應用設計

測試，是保證產品質量與品質必不可少的一個環(huán)節(jié)，制造商需要更精準、更靈活、更經(jīng)濟的測試系統(tǒng)。發(fā)展越迅速的產業(yè)以及應用越廣泛的產品，對測試與相關技術的要求就越嚴格與多變，正如電源產業(yè)迅速發(fā)展所帶來的測試工作的巨大挑戰(zhàn)。

實際需求驅動電源測試工作不斷改善

電源在生活中隨處可見，從消費類電子產品到軍事裝備和工業(yè)設施，眾多電子設備都需要電源以確保正常運行。從原理上來看，常見的電源實例包括通信用AC-DC開關電源和DC-DC開關電源，除了上述兩類，針對某特定應用的特種電源也比比皆是，無論哪種電源，其測試過程都是巨大的挑戰(zhàn)，主要集中在以下幾個方面。

1．指標與功能的不斷提升

1) 電源的拓撲結構日趨復雜：開關電源技術發(fā)展至今，已經(jīng)由當初的三種基本拓撲結構演變?yōu)楝F(xiàn)在的多種結構。拓撲結構的復雜化加之軟開關等輔助技術的發(fā)展，使得電路節(jié)點與控制信號增多。因此，在電源的設計過程中，如何準確采集電路各個節(jié)點與控制信號的狀態(tài)顯得尤為重要。例如：同步整流電源需要同步監(jiān)測幾個開關的控制信號；反激式電源則需要同時監(jiān)測初級與次級兩個隔離電流通路的電流狀態(tài)。

2) 電源的效率要求越來越高：隨著微處理器技術的不斷革新，其供電電源也在向低電壓、大電流和大功率的方向發(fā)展，此外，電源設備的小型化對電源效率的要求更高。一般來講，開關電源的損耗主要來自開關損耗和電感磁損兩方面。因此，研發(fā)過程中，度量這兩方面的電能消耗將成為另一項重要需求。

3) 對電源暫態(tài)特性指標的重視程度逐漸提高：為更好地對電源進行測試，打開時間、關閉時間、DC端輸出的穩(wěn)定時間等過程指標也需要精準測試，這就要求測試設備在具有更高精度與帶寬的同時，要綜合運用測試相關技術，才能夠精準地捕獲這些信號。

2．降低成本與更新迭代加速

隨著相關技術的迅速發(fā)展，電子設備更新?lián)Q代加快，這使得電源產品型號更新周期越來越短，電源技術的發(fā)展本身也使得電源產品更新迭代加速。要求新產品完成測試工作所用的時間越來越短，電源廠商迫切需要測試系統(tǒng)具備快速換型，測試序列無縫遷移，系統(tǒng)自學習等功能，真正實現(xiàn)不同型號產品的共線測試與共平臺測試。雖然留給設計工程師設計、生產與測試的時間越來越短，但產品的成本卻在降低。據(jù)某權威調查數(shù)據(jù)顯示，AC/DC前端開關電源的平均成本已經(jīng)從2003年的0.1～0.2美元/瓦降到了0.08～0.14美元/瓦，測試指標卻越來越嚴格，降低成本成為企業(yè)關心的焦點之一。模塊化開放的測試系統(tǒng)能夠降低測試成本，并快速適應不同的被測對象，很好地彌補了傳統(tǒng)臺式測試設備的不足，更適合當前的電源測試需求。

3．迫切需要自主掌握核心技術

每個企業(yè)都迫切想要掌握屬于自己的核心技術，這是企業(yè)賴以生存的核心競爭力，對于電源研制和生產的企業(yè)同樣如此。在由中國制造向中國創(chuàng)造轉型的過程中，越來越多的電源廠商不斷積累和提升自身的核心技術實力，為生產出在全球市場具有競爭力產品奠定堅實基礎。產品生產環(huán)節(jié)的終檢測試已經(jīng)不能夠滿足當下的測試需求，電源廠商期望測試系統(tǒng)能夠在研發(fā)、設計和生產的全過程都提供有力的支撐。相應地，如何助力企業(yè)掌握核心技術也是擺在測試測量廠商面前的目標和挑戰(zhàn)。

圖1：Power MASTER電源測試工具包

平臺化電源測試解決方法

根據(jù)以上挑戰(zhàn)我們不難看出，電源廠商一方面需要方便快捷的電源測試與檢測平臺，以提高電源產品測試的易于操作性，維護方便性，減少維護測試費用等；另外一方面，也需要高效、高精度、高可靠性的測試系統(tǒng)以盡快推出更優(yōu)的新產品，贏得商機。因此，無論是初期的手工作坊操作方式，或是傳統(tǒng)的臺式儀器的方式，都不能夠滿足當下的測試需求。結合國內外技術的經(jīng)驗以及大量實踐應用可知，平臺化的電源測試能夠幫助我們解決這些問題。

1．模塊化硬件平臺

為了在保障可靠性的同時，獲取最大的靈活性，測試系統(tǒng)往往需要統(tǒng)一的硬件平臺，包括核心數(shù)據(jù)采集設備、測試配套環(huán)境提供設備、信號接入與夾具、矩陣與路由等幾大部分，每個部分能夠提供成熟完善的可選搭配，以快速勝任不同測試需求和不同應用場合的測試工作。

核心測試平臺的選擇對于硬件平臺的靈活性起到至關重要的作用，PXI總線作為主流的測試總線，模塊化的硬件架構能夠提供靈活多變的硬件組合，覆蓋可程控AC/DC電源供應器、電子負載、數(shù)字電表、示波器、時序/噪聲分析儀和短路及過電壓保護測試器等設備，從而在硬件上真正滿足任何形式的電源的基本電氣功能測試要求。

2．高度集成的智能軟件平臺

軟件在平臺化測試中扮演著重要的角色，既要具備易用友好的操作性，又要精確地與平臺內所有硬件進行交互，更為重要的是還要具有智能調配資源/交互感知等功能。具體來講，電源測試軟件應該具備如下特點：

可自定義：支持不同電源型號的測試項目自由編輯，優(yōu)化測試命令技術以執(zhí)行效率；可拓展性：方便添加新測試項目和功能，開放測試端口，無縫鏈接硬件平臺，適用各種電源自主研發(fā)測試；可靠性高：開發(fā)過程從下游到上游引入可靠保障機制，程序代碼經(jīng)過完善測試，開發(fā)過程遵循相關標準，具有良好的魯棒性與容錯能力，可以保障電源測試系統(tǒng)在軟件設計上的可靠性，與硬件連接部分經(jīng)過多平臺測試，確保使用過程中的性能；專業(yè)性強：針對電源測試應用進行功能優(yōu)化，具備相關總線通訊能力，根據(jù)測試需求自動生成報表，具有數(shù)據(jù)庫操作能力，方便進行質量統(tǒng)計。

3.測試應用案例：星載二次電源測試

系統(tǒng)對衛(wèi)星控制分系統(tǒng)電源部分測試，屬于DC測試，在統(tǒng)一平臺中能夠測試12種星載二次電源，分析其電壓特性、功率特性、負載特性。具有良好擴展性，能夠與外圍設備，如示波器、一次電源等組成一套系統(tǒng)。擴展性良好，能夠測試新型號電源，并適應星載環(huán)境要求。

4.測試應用案例：服務器電源自動測試臺

具備并行測試儀器控制、自定義編輯測試序列，配置報表生成規(guī)范等功能；輕松實現(xiàn)各種電源供應器的基本電氣功能的測試。主要測試項目：動態(tài)負載下輸出的反應特性(Dynamic Response)，輸入電源變化時某輸出電壓的穩(wěn)定性(Line Regulation)，開機時各組輸出電壓上升的時序(Turn on Time)，過電壓保護測試(Over Voltage Protection Test)等電源特性、時間特性、電器特性的測試。支持PMBus1.1版本所有標準命令和擴展命令，兼容自定義指令，支持廠商自定義命令碼表，支持7位和10位器件地址靈活配置和尋址，通訊速率高達400Kbps，包括全面的函數(shù)功能模塊，方便實用。

圖2：平臺化電源測試的模塊化硬件平臺

如何獲取真正的測試需求

以用戶需求為導向是測試測量行業(yè)發(fā)展的一大特點，滿足客戶需求甚至超前需求是測試廠商需要時刻銘記的，而測試測量需求趨向于細分化更是主流趨勢，不同行業(yè)、不同區(qū)域、不同廠商甚至不同產品線的需求各不相同，在國外公司居主導地位的電源中高端測試領域中，北京泛華恒興科技有限公司對于測試系統(tǒng)如何緊貼電源行業(yè)發(fā)展，如何因地制宜地做測試等方面，有自己獨特的一系列規(guī)范和方法。

1.全自動化測試與靈活易于調試

由于人力成本，培訓成本以及人工誤操作等因素，生產線終檢測試希望盡可能的提高自動化程度。而研究實驗階段所需的測試設備，由于產品尚未定型，需要更改和調試的內容相當多，所以科研人員希望測試設備能夠盡量靈活與開放，以方便研發(fā)設計過程中的測試。

2.高精度與嚴格的測試節(jié)拍

在實驗研發(fā)階段，對于測試精度的要求往往高于產品定型后的生產階段測試，而生產階段的測試節(jié)拍要求卻異?？量?，很多時候，即使是全自動化的測試系統(tǒng)，也無法滿足整個產線的測試節(jié)拍需求，這時候，需要因地制宜地采用并行測試技術，以提高測試效率。

3.測試環(huán)境差異

在實驗室中測試環(huán)境相對理想，而在實際工程應用中，測