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        基于PXI總線的電源模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2011-11-26 07:10:36李正交王永和
        鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用 2011年12期
        關(guān)鍵詞:信號(hào)系統(tǒng)

        李正交,王永和

        (北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院,北京 100044)

        隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展,PXI總線技術(shù)廣泛用于各種列車(chē)控制設(shè)備,其中基于PXI總線的電源模塊作為各列控設(shè)備基礎(chǔ)模塊被大量使用,因此針對(duì)其測(cè)試提出了更高的要求。

        列控設(shè)備中所用電源種類(lèi)繁多,本文主要研究基于PXI總線的直流可控電源模塊。其典型工作原理框圖如圖1。

        圖1 典型電源模塊工作原理框圖

        由圖1可知,基于PXI總線的典型電源模塊主要由電壓轉(zhuǎn)換電路和輸出受控電路組成,輸入電壓為V1,產(chǎn)生兩路輸出電壓V2。電壓轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電壓V1向電壓V2的轉(zhuǎn)換,兩路輸出受控電路工作原理一樣,它們主要受輸入動(dòng)態(tài)方波和高低電平信號(hào)共同控制電壓輸出。

        列控設(shè)備常采用2×2取2的控制方式來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性與安全性,當(dāng)雙路輸出結(jié)果對(duì)比相同后,才會(huì)向電源模塊發(fā)出動(dòng)態(tài)方波允許輸出電壓。電平信號(hào)由列控設(shè)備自檢模塊控制輸出,默認(rèn)輸入電平為低,當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備故障后才置高,從而關(guān)斷電源輸出。

        1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        基于PXI總線的電源模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分主要包括:可調(diào)直流電源、測(cè)試轉(zhuǎn)接電路、虛擬儀器等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

        圖2 自動(dòng)測(cè)試硬件結(jié)構(gòu)圖

        1.1 可調(diào)直流電源

        可調(diào)直流電源主要為被測(cè)電源模塊提供輸入電源,通過(guò)測(cè)試轉(zhuǎn)接電路與電源模塊直接相連,它主要由虛擬儀器進(jìn)行控制,通過(guò)GPIB模塊調(diào)整可調(diào)直流電源的供電電壓,以改變電源模塊的工作狀態(tài)。

        1.2 測(cè)試轉(zhuǎn)接電路

        測(cè)試轉(zhuǎn)接電路作為電源模塊與可調(diào)直流電源和虛擬儀器間的連接通道,完成各種測(cè)試信號(hào)的傳遞工作。測(cè)試轉(zhuǎn)接電路通過(guò)接收虛擬儀器控制指令改變電源模塊輸入信號(hào),如方波通斷控制、高低電平控制、負(fù)載連斷控制等,并將電源模塊的輸出信號(hào)傳送出去供虛擬儀器進(jìn)行采集分析。

        測(cè)試轉(zhuǎn)接電路的各種輸入輸出信號(hào)流向見(jiàn)表1。

        表1 測(cè)試轉(zhuǎn)接電路數(shù)據(jù)流向

        1.3 虛擬儀器

        虛擬儀器主要產(chǎn)生各種控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)電源模塊不同工作狀態(tài)的控制,并對(duì)電源模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行采集分析,給出測(cè)試結(jié)論。本測(cè)試系統(tǒng)所用到的虛擬儀器模塊主要有:PXI-8180嵌入式控制器模塊、PXI-6221數(shù)據(jù)采集模塊、PXI-6542示波器模塊、PXI-4072萬(wàn)用表模塊、GPIB模塊[1]。

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)選擇LabWindows/CVI 作為開(kāi)發(fā)工具,它是一個(gè)完全集成式的開(kāi)發(fā)環(huán)境,特別為建立以PXI和插入式數(shù)據(jù)采集板卡為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)而設(shè)計(jì)[2]。

        2.1 關(guān)鍵測(cè)試參數(shù)

        電源模塊正常工作時(shí),會(huì)按規(guī)定輸出兩路標(biāo)準(zhǔn)的V2電壓。通過(guò)對(duì)V2電壓進(jìn)行測(cè)量來(lái)判斷電源模塊是否正常工作,現(xiàn)選取5種電壓測(cè)試參數(shù):

        (1)輸出電壓精度:輸入額定輸入電壓V1時(shí),電路輸出電壓(V)與額定輸出電壓(V2)之差比上額定輸出電壓V2。即:((V-V2)/V2)×100%。

        (2)輸出電壓調(diào)整率:分別輸入最小輸入電壓、額定輸入電壓、最大輸入電壓得到電路輸出電壓分別為Va、Vb、Vc,額定輸出電壓為V。

        分別取Vol1=((Vb-Va)/V)×100%;Vol2 =((Vb-Vc)/V)×100%;

        則輸出電壓調(diào)整率為Max(Vol1,Vol2)。

        (3)負(fù)載調(diào)整率:輸入額定電壓V1時(shí),斷開(kāi)負(fù)載電阻時(shí)的輸出電壓(Va)與接通電阻時(shí)的輸出電壓(Vb)之差比上斷開(kāi)電阻時(shí)的輸出電壓(Va),即:((Va-Vb)/Va)× 100%。

        (4)紋波噪聲有效值:輸入額定電壓V1時(shí),接通負(fù)載電阻、電容,輸出電壓所有采集值的標(biāo)準(zhǔn)差即為紋波噪聲的有效值。

        (5)紋波噪聲峰峰值:輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓V1時(shí),接通負(fù)載電阻、電容,輸出電壓所有采集值濾除直流電壓后最大峰值與最小峰值之差。

        2.2 軟件模塊化設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì),可方便實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)功能的修改和移植。根據(jù)功能的不同自動(dòng)測(cè)試軟件主要包括手動(dòng)測(cè)試模塊和自動(dòng)測(cè)試模塊等。

        軟件的具體功能模塊劃分如圖3。

        圖3 自動(dòng)測(cè)試軟件模塊劃分

        (1)LED指示燈測(cè)試

        LED指示燈測(cè)試主要通過(guò)改變輸入電壓、受控電路動(dòng)態(tài)方波及電平信號(hào)來(lái)改變?nèi)稬ED指示燈狀態(tài),通過(guò)測(cè)試人員觀察判斷LED指示燈工作狀態(tài),同時(shí)配合測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行選擇達(dá)到測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析的目的。

        (2)電壓轉(zhuǎn)換電路測(cè)試

        電壓轉(zhuǎn)換電路主要實(shí)現(xiàn)輸入電壓V1向V2的變換,轉(zhuǎn)換電路是否正常工作可以通過(guò)對(duì)輸入輸出電壓信號(hào)特性的分析判斷。主要測(cè)試項(xiàng)目包括對(duì)輸入電壓V1、輸出電壓V2的電壓參數(shù)的測(cè)試與分析,以此來(lái)判斷電壓轉(zhuǎn)換電路的工作性能。

        (3)受控電路測(cè)試

        受控電路不進(jìn)行電壓大小的變換,它相當(dāng)于電路開(kāi)關(guān)的作用,只有在相應(yīng)條件滿(mǎn)足的情況下才輸出電壓。相應(yīng)條件主要包括:輸入電壓V2、輸入動(dòng)態(tài)方波和低電平信號(hào)。通過(guò)改變動(dòng)態(tài)方波輸入情況及高低電平信號(hào)測(cè)試分析輸出電壓各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo),以此來(lái)判斷受控電路的工作性能。

        3 系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

        圖4 測(cè)試軟件運(yùn)行界面

        將該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于基于PXI總線的24V轉(zhuǎn)12V電壓的電源模塊,實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試狀態(tài)如圖4。

        測(cè)試系統(tǒng)可以分別設(shè)置測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試次數(shù),面板中電壓表及示波器實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)采集到的電壓信號(hào)及波形數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示于面板右側(cè)。通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證,該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠正確判斷出故障板與合格板,滿(mǎn)足系統(tǒng)測(cè)試要求,提高了工作效率。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        針對(duì)列控設(shè)備中基于PXI總線的電源模塊測(cè)試問(wèn)題,本文首先對(duì)典型電源模塊進(jìn)行工作原理分析,提出基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試;對(duì)于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)先后從硬件和軟件設(shè)計(jì)兩方面對(duì)其進(jìn)行介紹,最后通過(guò)實(shí)際的電源模塊對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。本系統(tǒng)已在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中得到應(yīng)用,可顯著提高測(cè)試的工作效率。

        [1]劉 穎. 基于虛擬儀器的電路板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2010(2):46-48.

        [2]趙會(huì)兵. 虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2003.

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