平臺(tái)化電源測(cè)試及應(yīng)用設(shè)計(jì)

測(cè)試，是保證產(chǎn)品質(zhì)量與品質(zhì)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，制造商需要更精準(zhǔn)、更靈活、更經(jīng)濟(jì)的測(cè)試系統(tǒng)。發(fā)展越迅速的產(chǎn)業(yè)以及應(yīng)用越廣泛的產(chǎn)品，對(duì)測(cè)試與相關(guān)技術(shù)的要求就越嚴(yán)格與多變，正如電源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展所帶來(lái)的測(cè)試工作的巨大挑戰(zhàn)。

實(shí)際需求驅(qū)動(dòng)電源測(cè)試工作不斷改善

電源在生活中隨處可見(jiàn)，從消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品到軍事裝備和工業(yè)設(shè)施，眾多電子設(shè)備都需要電源以確保正常運(yùn)行。從原理上來(lái)看，常見(jiàn)的電源實(shí)例包括通信用AC-DC開(kāi)關(guān)電源和DC-DC開(kāi)關(guān)電源，除了上述兩類(lèi)，針對(duì)某特定應(yīng)用的特種電源也比比皆是，無(wú)論哪種電源，其測(cè)試過(guò)程都是巨大的挑戰(zhàn)，主要集中在以下幾個(gè)方面。

1．指標(biāo)與功能的不斷提升

1) 電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜：開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)由當(dāng)初的三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變?yōu)楝F(xiàn)在的多種結(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜化加之軟開(kāi)關(guān)等輔助技術(shù)的發(fā)展，使得電路節(jié)點(diǎn)與控制信號(hào)增多。因此，在電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何準(zhǔn)確采集電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)與控制信號(hào)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(cè)幾個(gè)開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)；反激式電源則需要同時(shí)監(jiān)測(cè)初級(jí)與次級(jí)兩個(gè)隔離電流通路的電流狀態(tài)。

2) 電源的效率要求越來(lái)越高：隨著微處理器技術(shù)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(shè)備的小型化對(duì)電源效率的要求更高。一般來(lái)講，開(kāi)關(guān)電源的損耗主要來(lái)自開(kāi)關(guān)損耗和電感磁損兩方面。因此，研發(fā)過(guò)程中，度量這兩方面的電能消耗將成為另一項(xiàng)重要需求。

3) 對(duì)電源暫態(tài)特性指標(biāo)的重視程度逐漸提高：為更好地對(duì)電源進(jìn)行測(cè)試，打開(kāi)時(shí)間、關(guān)閉時(shí)間、DC端輸出的穩(wěn)定時(shí)間等過(guò)程指標(biāo)也需要精準(zhǔn)測(cè)試，這就要求測(cè)試設(shè)備在具有更高精度與帶寬的同時(shí)，要綜合運(yùn)用測(cè)試相關(guān)技術(shù)，才能夠精準(zhǔn)地捕獲這些信號(hào)。

2．降低成本與更新迭代加速

隨著相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備更新?lián)Q代加快，這使得電源產(chǎn)品型號(hào)更新周期越來(lái)越短，電源技術(shù)的發(fā)展本身也使得電源產(chǎn)品更新迭代加速。要求新產(chǎn)品完成測(cè)試工作所用的時(shí)間越來(lái)越短，電源廠商迫切需要測(cè)試系統(tǒng)具備快速換型，測(cè)試序列無(wú)縫遷移，系統(tǒng)自學(xué)習(xí)等功能，真正實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)產(chǎn)品的共線測(cè)試與共平臺(tái)測(cè)試。雖然留給設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與測(cè)試的時(shí)間越來(lái)越短，但產(chǎn)品的成本卻在降低。據(jù)某權(quán)威調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，AC/DC前端開(kāi)關(guān)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(cè)試指標(biāo)卻越來(lái)越嚴(yán)格，降低成本成為企業(yè)關(guān)心的焦點(diǎn)之一。模塊化開(kāi)放的測(cè)試系統(tǒng)能夠降低測(cè)試成本，并快速適應(yīng)不同的被測(cè)對(duì)象，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)臺(tái)式測(cè)試設(shè)備的不足，更適合當(dāng)前的電源測(cè)試需求。

3．迫切需要自主掌握核心技術(shù)

每個(gè)企業(yè)都迫切想要掌握屬于自己的核心技術(shù)，這是企業(yè)賴(lài)以生存的核心競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于電源研制和生產(chǎn)的企業(yè)同樣如此。在由中國(guó)制造向中國(guó)創(chuàng)造轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，越來(lái)越多的電源廠商不斷積累和提升自身的核心技術(shù)實(shí)力，為生產(chǎn)出在全球市場(chǎng)具有競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的終檢測(cè)試已經(jīng)不能夠滿足當(dāng)下的測(cè)試需求，電源廠商期望測(cè)試系統(tǒng)能夠在研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的全過(guò)程都提供有力的支撐。相應(yīng)地，如何助力企業(yè)掌握核心技術(shù)也是擺在測(cè)試測(cè)量廠商面前的目標(biāo)和挑戰(zhàn)。

圖1：Power MASTER電源測(cè)試工具包

平臺(tái)化電源測(cè)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(cè)試與檢測(cè)平臺(tái)，以提高電源產(chǎn)品測(cè)試的易于操作性，維護(hù)方便性，減少維護(hù)測(cè)試費(fèi)用等；另外一方面，也需要高效、高精度、高可靠性的測(cè)試系統(tǒng)以盡快推出更優(yōu)的新產(chǎn)品，贏得商機(jī)。因此，無(wú)論是初期的手工作坊操作方式，或是傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器的方式，都不能夠滿足當(dāng)下的測(cè)試需求。結(jié)合國(guó)內(nèi)外技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)以及大量實(shí)踐應(yīng)用可知，平臺(tái)化的電源測(cè)試能夠幫助我們解決這些問(wèn)題。

1．模塊化硬件平臺(tái)

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

核心測(cè)試平臺(tái)的選擇對(duì)于硬件平臺(tái)的靈活性起到至關(guān)重要的作用，PXI總線作為主流的測(cè)試總線，模塊化的硬件架構(gòu)能夠提供靈活多變的硬件組合，覆蓋可程控AC/DC電源供應(yīng)器、電子負(fù)載、數(shù)字電表、示波器、時(shí)序/噪聲分析儀和短路及過(guò)電壓保護(hù)測(cè)試器等設(shè)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(cè)試要求。

2．高度集成的智能軟件平臺(tái)

軟件在平臺(tái)化測(cè)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(tái)內(nèi)所有硬件進(jìn)行交互，更為重要的是還要具有智能調(diào)配資源/交互感知等功能。具體來(lái)講，電源測(cè)試軟件應(yīng)該具備如下特點(diǎn)：

可自定義：支持不同電源型號(hào)的測(cè)試項(xiàng)目自由編輯，優(yōu)化測(cè)試命令技術(shù)以執(zhí)行效率；可拓展性：方便添加新測(cè)試項(xiàng)目和功能，開(kāi)放測(cè)試端口，無(wú)縫鏈接硬件平臺(tái)，適用各種電源自主研發(fā)測(cè)試；可靠性高：開(kāi)發(fā)過(guò)程從下游到上游引入可靠保障機(jī)制，程序代碼經(jīng)過(guò)完善測(cè)試，開(kāi)發(fā)過(guò)程遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的魯棒性與容錯(cuò)能力，可以保障電源測(cè)試系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上的可靠性，與硬件連接部分經(jīng)過(guò)多平臺(tái)測(cè)試，確保使用過(guò)程中的性能；專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)：針對(duì)電源測(cè)試應(yīng)用進(jìn)行功能優(yōu)化，具備相關(guān)總線通訊能力，根據(jù)測(cè)試需求自動(dòng)生成報(bào)表，具有數(shù)據(jù)庫(kù)操作能力，方便進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)。

3.測(cè)試應(yīng)用案例：星載二次電源測(cè)試

系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星控制分系統(tǒng)電源部分測(cè)試，屬于DC測(cè)試，在統(tǒng)一平臺(tái)中能夠測(cè)試12種星載二次電源，分析其電壓特性、功率特性、負(fù)載特性。具有良好擴(kuò)展性，能夠與外圍設(shè)備，如示波器、一次電源等組成一套系統(tǒng)。擴(kuò)展性良好，能夠測(cè)試新型號(hào)電源，并適應(yīng)星載環(huán)境要求。

4.測(cè)試應(yīng)用案例：服務(wù)器電源自動(dòng)測(cè)試臺(tái)

具備并行測(cè)試儀器控制、自定義編輯測(cè)試序列，配置報(bào)表生成規(guī)范等功能；輕松實(shí)現(xiàn)各種電源供應(yīng)器的基本電氣功能的測(cè)試。主要測(cè)試項(xiàng)目：動(dòng)態(tài)負(fù)載下輸出的反應(yīng)特性(Dynamic Response)，輸入電源變化時(shí)某輸出電壓的穩(wěn)定性(Line Regulation)，開(kāi)機(jī)時(shí)各組輸出電壓上升的時(shí)序(Turn on Time)，過(guò)電壓保護(hù)測(cè)試(Over Voltage Protection Test)等電源特性、時(shí)間特性、電器特性的測(cè)試。支持PMBus1.1版本所有標(biāo)準(zhǔn)命令和擴(kuò)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(dá)400Kbps，包括全面的函數(shù)功能模塊，方便實(shí)用。

圖2：平臺(tái)化電源測(cè)試的模塊化硬件平臺(tái)

如何獲取真正的測(cè)試需求

以用戶(hù)需求為導(dǎo)向是測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展的一大特點(diǎn)，滿足客戶(hù)需求甚至超前需求是測(cè)試廠商需要時(shí)刻銘記的，而測(cè)試測(cè)量需求趨向于細(xì)分化更是主流趨勢(shì)，不同行業(yè)、不同區(qū)域、不同廠商甚至不同產(chǎn)品線的需求各不相同，在國(guó)外公司居主導(dǎo)地位的電源中高端測(cè)試領(lǐng)域中，北京泛華恒興科技有限公司對(duì)于測(cè)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(cè)試等方面，有自己獨(dú)特的一系列規(guī)范和方法。

1.全自動(dòng)化測(cè)試與靈活易于調(diào)試

由于人力成本，培訓(xùn)成本以及人工誤操作等因素，生產(chǎn)線終檢測(cè)試希望盡可能的提高自動(dòng)化程度。而研究實(shí)驗(yàn)階段所需的測(cè)試設(shè)備，由于產(chǎn)品尚未定型，需要更改和調(diào)試的內(nèi)容相當(dāng)多，所以科研人員希望測(cè)試設(shè)備能夠盡量靈活與開(kāi)放，以方便研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中的測(cè)試。

2.高精度與嚴(yán)格的測(cè)試節(jié)拍

在實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段，對(duì)于測(cè)試精度的要求往往高于產(chǎn)品定型后的生產(chǎn)階段測(cè)試，而生產(chǎn)階段的測(cè)試節(jié)拍要求卻異常苛刻，很多時(shí)候，即使是全自動(dòng)化的測(cè)試系統(tǒng)，也無(wú)法滿足整個(gè)產(chǎn)線的測(cè)試節(jié)拍需求，這時(shí)候，需要因地制宜地采用并行測(cè)試技術(shù)，以提高測(cè)試效率。

3.測(cè)試環(huán)境差異

在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試環(huán)境相對(duì)理想，而在實(shí)際工程應(yīng)用中，測(cè)