DC-DC电源模块自动测试系统设计
2018-01-04张雷王笑怡尹冀波
张雷,王笑怡,尹冀波
DC-DC电源模块自动测试系统设计
张雷,王笑怡,尹冀波
（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）
随着DC-DC电源模块种类的日益增多，其测试内容的复杂度也日趋增高，为手动测试带来了一定困难，鉴于此，介绍了DC-DC电源模块自动测试系统的一种设计方法，使用计算机控制单片机与可编程测量设备，通过继电器阵列的切换来实现不同的测试方法，能够实现DC-DC电源模块的全温区全覆盖参数测试。基于设计原理进行实物搭建，采用定制机柜来容纳测量设备、计算机与硬件箱，便于搬运移动；测试板可放入高低温箱，与硬件箱通过航空插头相连接。DC-DC电源模块自动测试系统的建立，不但大大提高了科研生产中的测试效率，也节省了大量的人力物力，具有一定的实际意义。
DC-DC电源模块；自动测试系统；C8051F410单片机；可编程测量设备；全温区测试；全覆盖测试
1 引 言
当前国内市场对于各种DC-DC电源模块的需求量很大。DC-DC电源模块被广泛运用在国防、民用等各个领域，具有种类多、产量大的特点，大量的相关测试工作也由此而生。而DC-DC电源模块的手动测试存在着测试周期长、易出错、测试一致性差等问题，为此，研制DC-DC电源模块自动测试系统，能够大大提高测试效率与一致性，节省人力物力的耗费。
2 测试系统整体设计
DC-DC电源模块种类繁多，按照其不同种类的电特性要求，测试系统需要包含输出电压、输出电流、温度系数、电压调整率、电流调整率、效率、输出电压纹波、开关频率、过流保护阈值、欠压输出锁定、输出禁止、待机电流、输出电压调节范围、MarginUp、MarginDown、Track 等诸多测试参数，在不同种类的DC-DC电源模块之间有所差异。测试原理图如图1所示。
图 1 中，继电器 S1、S2、S3、S4 分别控制直流电源1输出、直流电源1输出补偿、数字万用表以及电子负载的接入或者断开；S11、S12分别控制MarginUp、MarginDown测试端的悬空或者接地。考虑到不同DC-DC电源模块INH与Track端的信号有效方式的不同，设计了S5～S10继电器组，可以实现INH与Track端的悬空、接地、接输入直流电源1、接外接直流电源2等不同状态，满足不同DC-DC电源模块的测试需求。
图1 DC-DC电源模块测试系统测试原理图
根据DC-DC电源模块的电特性需求以及根据需求所设计的测试原理图，测试系统选用计算机控制中心控制台以及可编程设备，测试板单独与中心控制台相连，以此模式来实现DC-DC电源模块全温区全覆盖在线测试，并通过计算机软件实现数据报表的自动生成。测试系统整体设计图如图2所示。计算机软件通过自定的通信协议，向中心控制台发送命令，控制各个继电器的闭合与关断。从图2中可以看到设计所选用的测试设备型号。直流电源选用是德科技N5767A[1]和固纬GPD-3303S，数字万用表选用是德科技34470A，电子负载选用爱德克斯IT8702，示波器选用鼎阳SDS1152CML。测试板与中心控制台通过接插件相连，可以放入高低温试验箱[2]。
图2 测试系统整体设计图
3 测试系统硬件设计
由于DC-DC电源模块存在很多多路输出的情况，故而把中心控制台分解为控制部分与负载部分。负载部分可以并联，每个负载部分控制四路输出，与一台四路输出的电子负载IT8702相对应，从而实现多路输出测试[3]。
控制部分是基于C8051F410的单片机系统，外围配置有继电器阵列、RS232总线驱动器，用于接收计算机指令，控制继电器阵列，使被测模块的输入、输出、测试、控制等端接入或断开相应的测试设备。
负载部分由继电器阵列、RS232总线驱动器组成，继电器阵列受控制部分的控制，可以并联实现多路输出测试[4]。
根据实现功能的不同，中心控制台可分为控制板、电流回路板、信号板、远端补偿板和主板等PCB板；PCB板在机箱内采用插装的连接方式。此设计方案可有效利用机箱空间，减小控制箱体积。备及下位机的控制，完成所有测试项的全温区自动测试，测试得到并显示相应的测试数据，测试完成后自动生成报表[7]；下位机软件用于接收并执行上位机下达的命令，控制继电器阵列的动作。
图3 组装完成的硬件
4.1 上位机软件
上位机软件由界面部分、控制部分、通讯部分、数据处理部分、报表生成部分、防护部分等组成。界面部分负责提供所有测试功能的方便快捷的操作与显示；控制部分负责执行界面选择的各项功能，控制其他部分实现控制仪器设备和下位机的顺序启停、处理测试过程中产生的数据、生成并显示测试结果、生成Excel、应对各种错误信息等功能；通讯部分负
①控制板
通过RS232总线接收计算机发出的指令，控制继电器闭合和断开，控制各测量设备的信号接入和断开。
②电流回路板
用于接入被测模块的供电和负载回路，可承受单路10A的电流，并且可根据实际需要多路并联，最高可实现80A的负载电流。
③信号板
用于引出被测模块的测量信号，切换MarginUp、MarginDown端的悬空或接地状态，切换INH和Track端的四种状态。
④远端补偿板
用于为被测模块的输入输出提供远端补[5-6]。
⑤母板
用于控制板、电流回路板、信号板、远端补偿板的连接和搭载，同时实现单片机与继电器的供电。
组装完成的硬件如图3所示。
4 测试系统软件设计
图4 上位机软件结构图
测试系统软件分为上位机软件和下位机软件。上位机软件用于建立简洁且功能完善的界面，完成上位机与测试设备及下位机的通讯，实现对测试设责实现与各测量仪器设备、下位机的数据互传；数据处理部分负责将测试过程中产生的各种数据转换为程序需要的格式；报表生成部分负责将最终的测试结果以一定的格式生成到对应的报表中；防护部分负责防止软件操作过程中出现错误或防止误操作对系统造成损害，任何一个其他部分之中都有它的存在。上位机软件结构图如图4所示。
图5 软件测试主要流程
图6 软件主界面
软件测试主要流程如图5所示。启动程序后，选择被测模块种类，判断程序是否多次启动，如果已经启动了程序，则弹出“同一程序不可多次启动”对话框，否则继续判断测试设备计量有效期，超期则弹出修正对话框，不超期则启动程序主界面，如图6所示。点击“设备连接”按钮，测试所有设备通讯状态，如果通讯不正常，连接失败，则需修改配置文件，修改后重新测试设备通讯状态，如果通讯正常，继续填写和选择样品编号、试验项目、组别、试验温度等测试产品的相关信息。如果要测试所有测试通道和测试项，点击“自动测试”按钮，如果要进行单项测试，选择需要的测试通道、测试项，点击“单步测试”按钮。清除以前的测试数据后，依次测试所选测试项，接收到的数据经过数据处理后显示在ListCtrl中。测试完成后，如果要在默认路径生产报表，点击“生成Excel”按钮，如果想自定义存储位置，点击“打开Excel”按钮并选择要存储的报表位置，再点击“生成Excel”按钮。根据测试样品编号在报表中的对应位置插入测试数据，判断数据是否合格，并将不合格的数据标红。
所有测试项使用的测试方法均按照对应DC-DC电源模块详细规范的要求给予相应的引脚输入激励和输出电流等，进行顺序测量。
4.2下位机软件
下位机软件的功能是接收并校验上位机传送的命令，通过不同的地址控制不同的继电器阵列动作，并在动作完成后向上位机返回校验结果，还可实现软件版本信息的读取。下位机软件流程如图7所示[8]。
5 系统实物
DC-DC电源模块测试系统采用定制机柜，将计算机、测量设备与控制箱、负载箱均安装到机柜内，通过控制箱、负载箱背面的航空插头与测试板连接，测试板可放入高低温箱中，实现高低温在线测试。
图7 下位机软件流程图
图8 DC-DC电源模块测试系统实物图
DC-DC电源模块测试系统实物图如图8所示。
6 结束语
DC-DC电源模块测试系统的成功研制和投入使用，不仅能够满足种类繁多、参数复杂、工作量大的测试任务，还能够大幅度提高测试速度和准确度，同时能够胜任长时间、大批量的测试需求，节约了大量的人力物力，有很大的实际意义。
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Design of Automatic Testing System for DC-DC Power Supply Module
As the types of DC-DC power supply module is increasing,the complexity of the testing content is getting higher,bring some difficulties to the manual testing,in view of this,a design method of DC-DC power supply module automatic testing system is introduced,using computers to control the single chip microcomputer and programmable measuring device,and to realize the different testing methods by switching the relay arrays,which can realize the full coverage and all temperature zones parameters testing of DC-DC power supply module.The real object constructing is conducted based on the design principle,using a customized cabinet to bear the measuring equipments,the computer and the hardware box,so as to move and carry conveniently;and the testing board can be placed in a high/low constant temperature box,connected to the hardware box via an aviation plug.The establishment of DC DC power module automatic test system not only greatly improves the testing efficiency in scientific research and production,but also saves a lot of manpower and material resources,which has certain practical significance.
DC-DC power module;Automatic testing system;C8051F410 singlechip;Programmable measuring equipment;All temperature zones testing;Full coverage testing
10.3969/j.issn.1002-2279.2017.06.003
B
1002-2279-（2017）06-0011-06
张雷(1989-)，男，辽宁省朝阳市人，工程师，硕士，主研方向：测试系统设计与应用。
2017-11-27
