开关电源自动化测试系统的设计与实现

摘 要： 按照以软件为核心的模块化系统构架，设计并实现了新一代开关电源自动化测试系统。该系统能自动完成开关电源功能测试，并能存储测试结果、生成测试报表和进行统计过程分析。实际使用结果表明，该系统较之传统的电源自动化测试系统具有开发周期短，总体成本低，测试吞吐量高，扩展性好和升级容易等优点，能够很好地满足客户的要求。

　　开关电源自动化测试系统是电源行业生产制造部门必备的自动化测试系统。传统的开关电源自动化测试系统以GPIB 卡控制多台传统仪器，完成自动化测试功能。整个系统受限于传统仪器功能，不易扩展，很难满足产品升级所带来的新的测试要求；受限于GPIB 总线速度，很难实现并行测试和提高测试速度；受限于封闭式的应用软件，很难进行系统维护和二次开发。另外，整个系统的硬件成本非常高，开发周期非常长。

　　为缩短开发周期、降低系统成本、提高测试效率、满足日益更新的测试需求，本文根据以软件为核心的模块化系统构架重新设计了整个开关电源自动化测试系统，并成功实现了该系统。

　　1 以软件为核心的模块化系统构架简介

　　以软件为核心的模块化系统构架是近年发展起来的一种自动化测试系统设计构架。它包括测试管理软件、测试开发软件、系统服务与驱动程序软件、处理总线平台和模块化I/O 与仪器控制五个层次，如图1 所示。

图1 以软件为核心的模块化的系统构架

　　以软件为核心的模块化系统构架能缩短自动化测试系统的开发时间、降低自动化测试系统的总体成本、为自动化测试系统提供更大的灵活性。

　　2 电源自动化系统的设计与实现

　　2.1 系统功能需求

　　根据用户需求，该系统应有如下功能：

　　（1） 覆盖所有需要测试的功能，如表1 所示：

表1 测试功能需求表

　　（2） 测试项目编辑功能，可以根据不同的测试需求增加或删减测试项。

　　（3） 测试数据存储功能，把测试数据自动存入数据库。

　　（4） 测试报表生成功能，根据需要自动生成测试报表。

　　（5） 用户管理功能，根据不同用户授予不同权限。

　　（6） 灵活系统构架，根据实际需求增加或删减仪器设备。

　　（7） 数据统计和分析功能，能计算出Cpk,绘制出控制图。

　　2.2 硬件设计与实现

2.2.1 系统总线选择

　　系统总线是系统硬件构架的核心，它决定了数据传输速度，直接影响系统的测试效率。

　　常见的总线有GPIB、USB、Ethernet/LAN/LXI、PXI和PXI Express,其带宽和传输延迟比较如图2所示：

图2 常见总线带宽和传输延迟比较。

　　PXI Express 总线具有最大的带宽和最低的传输延迟。PXI 总线具有很高的带宽和很低的传输延迟。

　　考虑PXI 总线的模块化仪器大大多于PXI Express 总线，本文将选择PXI 作为系统总线。

　　2.2.2 PXI 总线介绍

　　PXI （PCI eXtensions for Instrumentation,面向仪器系统的PCI扩展） 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI 结合了PCI 的电气总线特性与CompactPCI 的坚固性、模块化及Eurocard 机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。

　　这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。这些系统可用于诸如制造测试、军事和航空、机器监控、汽车生产及工业测试等各种领域中。

　　PXI 在1997 年完成开发，并在1998 年正式推出，它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。

　　2.2.3 硬件系统构架

　　本系统使用的硬件如表2 所示：

表2 开关电源自动化测试系统硬件

　　测量硬件选用基于PXI 总线的模块化仪器，功率硬件选用基于GPIB 总线的传统仪器。PXI 总线与GPIB 总线一起构建以PXI 总线为核心的混合总线系统。这样的总线系统既具有PXI 总线的优点，又能利用具有大功率优势的传统仪器。整个系统的硬件构架如图3 所示。