DC-DC电源模块通用测试方法设计*

马 程 阎燕山 刘春冉

（中国航空无线电电子研究所 上海 200241）

1 引言

电源模块广泛应用于通信、工业自动化、电力控制、军工等行业，主要用于实现电源系统的隔离降噪、电压转换、稳压、保护等功能。电源模块的性能及可靠性直接影响电子产品的质量，对于航空航天等军工领域，电源模块在装机使用前需要进行二次筛选，设计专用的插座适配器是提高电源模块性能测试效率和安全性的重要手段。

电源模块典型性能参数通常包括输出电压、输入电流、电压调整率、负载调整率、效率等。在性能参数检测过程中，需要使用的测试设备包括直流电源、电子负载、数字电压表、示波器等，插座适配器与外部测试设备的接口有电源接口、负载接口、输入/输出电压测试接口、示波器接口等。

不同电源模块插座适配器的外部接口相似，但是其结构、布局设计可能不同，例如电源模块与插座适配器连接方式包括爪簧插座连接，双列单锁紧座连接，单列双锁紧座连接等。同时，外部接口的种类、数量和位置也没有统一的标准，这在一定程度上影响了电源模块插座适配器的通用性，增加了其设计制造成本。

因此，本文提出了一种标准化的适配器结构模型，并基于电源模块引脚分布数据、插座适配器区域分布数据建立了一种通用适配器设计方法，形成了电源模块从新品导入、批量测试到适配器管理全周期的数字化检测管理方法。

2 通用插座适配器结构设计

电源模块通常包含双列引脚结构，如图1所示。同列引脚间距y通常为2.54mm的整数倍，不同电源模块引脚列间距x差异可能较大，通过采用双列单锁紧座结构用于插座适配器与电源模块的连接，可以减小引脚列间距x的差异对适配器通用性的影响。

图1 典型电源模块结构

通用插座适配器结构设计如图2所示。外部接口区域实现测试设备与插座适配器的互连，PCB布线区域实现电源、负载等接口与电源模块相应引脚的连接，器件安装区域实现电源模块在插座适配器上的插装更换，此结构模型规定了插座适配器的接口位置以及电源模块插装区域的结构。

图2 通用插座适配器结构模型

3 电源模块引脚分布分析

3.1 结构模型量化

典型电源模块结构如图1所示，为了实现电源模块引脚分布的数字化管理，对典型电源模块结构进行抽象、建模和编码，如图3所示。规定电源模块引脚垂直向下时，左上角第一个引脚为坐标零点建立笛卡尔坐标系，编码方向为视图逆时针方向。

图3 电源模块简化模型

对于电源模块简化模型中的任意一个节点，应当包含以下信息：

1）引脚坐标（x，y）；

2）引脚类型k；

3）引脚直径d。

电源模块编码为i的引脚可以数字化为

进一步可以将整个电源模块量化为n个引脚节点数据，其中X为电源模块的型号规格。

3.2 引脚分布特征分析

3.2.1 引脚类型k

电源模块引脚类型具有可枚举性，不同生产厂家对于同一类型引脚的命名可能不同，通过数字编码使同类型引脚具有相同的唯一数字编码，典型电源模块引脚类型及其对应数字编码如表1所示。

表1 电源模块引脚类型

输入引脚（编码1和编码2对应引脚）通常需要与直流电源、数字电压表相连，输出引脚（编码4和编码5）通常需要与电子负载、数字电压表相连，禁止端（编码3）为电源模块使能开关，通常通过接地来控制电源模块的开通与关断。感应端（编码6和编码7）通常需要与相应输出引脚互连。编码1～7对应类型引脚在性能检测时需要接线测试，因此针对引脚类型1～7开展通用插座适配器研究。

3.2.2 引脚直径d

电源模块引脚直径的典型值为1mm，部分大功率电源模块的引脚直径可能为2mm。由于电源模块插装时需要考虑与适配性的尺寸匹配，因此需要考虑引脚直径参数对通用插座适配器设计的影响，通过将实际直径做无量纲化处理后赋值给引脚节点的特征参数d，即：

3.2.3 引脚坐标（x，y）

引脚坐标是电源模块引脚的相对位置坐标，规定node（1）引脚为坐标0点，（x（n），y（n））为引脚节点n相对于节点1的坐标值。

为了使电源模块在插装时可以统一将最上端引脚安装于锁紧座的第一个孔位，防止人为误插装，当电源模块存在右侧引脚位置高于左侧引脚时，需进行坐标0点修正，具体如图4所示，建立一个虚拟坐标零点node（0），同时规定其引脚类型、直径与node（1）一致。当电源模块引脚分布数据中存在虚拟节点node（0）时，规定（x（n），y（n））为节点n相对于节点0的位置坐标，具体表示为

图4 修正坐标零点示意图

3.3 引脚分布数据库建立

元器件测试站通常需要对各种不同规格型号的电源模块开展测试，电源模块的引脚分布数据可以在产品手册中获取。根据3.1和3.2章节的步骤，可以将测试站所有电源模块抽象量化为节点数据，形成的引脚分布数据库结构如表2所示。

表2 电源模块引脚分布数据库

数据库中若存在node（0），则表示电源模块存在虚拟引脚坐标零点。

4 插座适配器区域分布数据

4.1 区域分布模型

根据电源模块通用插座适配器结构，电源模块通常被安装于双列单锁紧座结构上，如图5（a）所示。当两款电源模块引脚分布相似时，可以安装于同一双列单锁紧座结构上，实现插座适配器的复用，如图5（b）所示。双列单锁紧座结构提高了适配器的通用性，当不同电源模块适用同一插座适配器时，可以定义适配器的连接区域类型，例如图5（b）中左侧锁紧座的7～8位置为INH区域，右侧锁紧座的2～3为VOUT+区域。

图5 双列单锁紧座电源模块安装图

4.2 区域分布特征分析

4.2.1 区域类型k1

可以将通用插座适配器的区域划分为三类。

1）功能区域，规定类型为编码1～7的引脚在插座适配器上对应的区域为功能区域；

2）非功能有连线区域，规定类型不是编码1～7，且PCB布线时有连接的锁紧座区域位置为非功能有连线区域；

3）非功能无连线区域，规定类型不是编码1～7，且PCB布线时未连接的锁紧座区域位置为非功能无连线区域。

功能区域按照插装电源模块引脚类型进行划分，采用表1中的数字编码作为区域类型k1的取值，为了方便数字化处理，定义c）类适配器区域类型k1的取值为0。

4.2.2 区域坐标（x1-x2，y1）

为了实现电源模块与插座适配器的适配性分析，定义区域坐标零点为左侧锁紧座的1脚位置（与电源模块坐标零点一致），x1～x2代表适配器类型区域的坐标范围，例如图5（b）中INH的坐标范围为2.54mm*6～2.54mm*7，y1为锁紧座位置标记，规定y1=0代表左侧锁紧座，y1=1时代表右侧锁紧座。

4.2.3 PCB布线标识s1

s1表征该锁紧座区域是否通过PCB布线产生互连，当s1=0时表示PCB布线并未连接该区域。通过定义s1可以进一步提高插座适配器的通用性，电源模块某些非功能引脚（例如NC，CASE等）落在无PCB连线的区域时，不影响插座适配器适用于该款电源模块的测试。

4.3 区域分布数据库建立

定义插座适配器区域分布量化函数为g（p）：

其中，region（i）的定义为

区域分布数据库将不同插座适配器的双列单锁紧座结构数字量化为多个区域节点，如表3所示。

表3 插座适配器区域分布数据库

5 电源模块检测管理方法

5.1 引脚分布相似度分析方法

引脚分布相似的不同电源模块可以共用同一款插座适配器，基于电源模块引脚分布数据库实现引脚分布相似性的量化分析，以电源模块X和Y的引脚类型VOUT+为例进行说明，实际相似度分析时需要对编码1～7所有类型引脚逐项开展以下分析流程：

1）第一步：在引脚分布数据库中查询X和Y的引脚分布数据f（X）和f（Y）；

2）第二步：查询f（X）和f（Y）中引脚类型VOUT+的编码分别为n1和n2，调用节点n1和n2的引脚坐标f（X）.node（n1）.y和f（Y）.node（n2）.y，判定n1和n2是否分布在同一侧的锁紧座上，若为同一侧则记住左/右侧信息c，否则得到两种电源模块引脚分布不相似的结论；

3）第三步：在f（X）和f（Y）中调用节点n1和n2的引脚坐标f（X）.node（n1）.x和f（Y）.node（n2）.x，判断电源模块X和Y在c侧是否存在位于（f（X）.node（n1）.x，f（Y）.node（n2）.x）区间范围内的引脚，若无则表示电源模块X和Y的引脚类型VOUT+分布相似，若有则得到两种电源模块引脚分布不相似的结论。

5.2 插座适配器适配性分析方法

在测试站引入新品电源模块时，利用插座适配器的适配性分析方法可以在插座适配器数据库中进行数字化比对，查询是否存在可用适配器。适配性分析方法首先对新品电源模块进行引脚分布数据提取，以电源模块Z和插座适配器A的VOUT+类型为例进行说明，实际适配性分析时需要对编码1～7所有类型引脚逐项开展以下分析流程：

1）第一步：建立电源模块Z的引脚分布数据f（Z），获取其引脚类型VOUT+的编码为n；

2）第二步：在插座适配器区域分布数据库中查询适配器A的区域分布数据g（A）；

3）第三步：查询g（A）中VOUT+区域分布类型的节点编码为m，通过f（Z）.node（n）.y和g（A）.region（m）.y1判断电源模块Z的引脚节点n与插座适配器A类型m区域是否处于同一侧，若处于不同侧，则得到不适配的结论，退出比对流程；若处于同一侧，且f（Z）.node（n）.x落在区间范围（g（A）.region（m）.x1，g（A）.region（m）.x2）内，则电源模块Z与适配器A的VOUT+类型适配。

5.3 电源模块检测管理流程

通过建立电源模块引脚分布相似度分析方法以及电源模块与插座适配器的适配性分析方法，形成电源模块检测管理流程，如图6所示。

图6 电源模块检测管理流程

当测试站引入新品电源模块时，可以从现有插座适配器中快速检索是否存在可用适配器，若测试站中暂无可用适配器，则进一步从现有电源模块中检索是否存在引脚分布相似的电源模块用于开展通用插座适配器的设计。

6 结语

通过将电源模块典型结构进行抽象、编码和量化，实现了不同电源模块之间引脚分布相似性的分析，为通用插座适配器的设计提供输入。同时，对电源模块插座适配器的结构做了标准化设计，提高了其通用性，降低了其设计制造及维护管理成本。通过提出插座适配器区域分布的概念，将插座适配器的插装区域进行了数字化处理，建立了电源模块与插座适配器间适配性的量化分析方法，最终实现了基于通用插座适配器设计、应用和管理的电源模块数字化检测流程。