基于虚拟仪器技术实现同步多通道不同复杂电压波动试验的研究

2018-08-30

电气开关 2018年1期

(中认(沈阳)北方实验室有限公司，辽宁沈阳 110141)

1 引言

随着中国在科研创新领域的不断投入，当今中国越来越多的高新技术产品走出国门，随之而来的技术要求也越来越多，等待我们一一解决，本文主要介绍我实验室在EVCC(电动汽车通信控制器)项目出口日本过程中，根据本田试验大纲进行检测，针对大纲要求的双电源通道同步施加不同复杂波形的电源波动试验，利用LabVIEW同步控制双直流电源输出波形，解决国内大部分实验室能力的不足，助力企业成功走出国门。

2 试验要求

由于电动汽车供电系统输出复杂，大电流电机，电磁阀，电池管理系统等各种元件导致供电电压输出经常发生波动，大电压脉冲或跌落现象频繁发生，这对车内电子产品能否稳定工作造成挑战。所以进行电压波动试验为检验汽车电子产品安全可靠性的必要方法，可以将安全风险规避在设计研发阶段。本田试验大纲中电源波动试验条件如图1所示，EVCC引脚为+B及ACC。

图1

目前国内大部分车厂的电压波动试验要求为单引脚波动，即在单一电源通道对所在引脚施加波形，而且波形大多为方波。而国际知名品牌的车厂要求早已突破单一通道限制，即需要多通道、纳秒级同步误差。综上所述，为了迎合国际试验条件，满足以上技术要求，现阶段需要解决双直流电源同步和交流叠加电压波动波形实现这两个难题。

3 设计思路

本文利用虚拟仪器技术，来解决这两个难题，虚拟仪器(virtual instrument)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。利用LabVIEW对不同复杂波形进行编写，这样测试波形可以更直接的展现在前面板上，使测试条件更直观。施加波形的参数调整也更加方便，可以随时根据试验大纲进行调整，而且波形可以直接显示，在后期利用示波器进行验证时对比更为直观。以此为思想前提，而且为了满足高精度同步的要求，需要通过硬件对同步性进行控制。转而想到利用嵌有预装LabVIEW的工控机的 PXI标准仪器(如图3所示)搭接硬件。

图2

因为PXI规格定义了一个低歪斜的10MHz参考时钟。此参考时钟位于背板上，并且分布至每一个外设槽，而且由时钟源至每一槽的布线长度都是等长的，因此每一外设槽所接受的时钟都是同一相位的，这样可以很好的保证每个模块的同步性。而且以其10MHz的时钟源来计算，其误差可以控制在100ns级。而本田试验大纲中，最小时间单位为ms级，并且波形的最小循环周期为2ms。PXI可以提供的同步时钟源精度比试验大纲中要求的精度高出很多，可见其能够完全满足试验要求。除此之外，为了满足双通道电源的要求。配合采用了16输入通道4输出通道的高精度同步数据采集卡。预留两路输出，为今后更为复杂的试验研究做好准备。至此，硬件搭建完成，系统配套完全后，系统原理图如图3所示。

图3

在硬件完成后，主要工作为复杂波形的编写，本文以试验大纲中一组波形为例，如图4所示。

图4

方波部分较为简单，不在这里过多阐述，主要介绍交流叠加分量波形的编写，其中：

初始正弦波U1=Sin(2πf·t)

k=△U/△t

Umin=5V

f=10Hz

最终：U=U1+k·t+Umin

=Sin(2πf·t)+k·t+Umin

=Sin(20π·t)+k·t+5

为了更精确的表达出该函数曲线，本文采用线性插值的方法，通过计算大量t点时间的U值，这样通过足够多的点能够更为准确的描绘出电压波动曲线，本文在一周期50ms内选择1024个t点，基于此单个周期波形，利用MATLAB计算，输入公式，最终得到数据，将数据输入LabVIEW中，得到波形(如图6所示)，至此，该研究方法的所以硬件和软件均搭建完毕。