Dc/dc變換器單粒子效應試驗自動化測試系統的製作方法

2023-05-25 08:45:06

專利名稱：Dc/dc變換器單粒子效應試驗自動化測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試裝置系統，屬於空間環境抗輻照試驗技術領域，用於快速、高效的DC/DC變換器單粒子試驗自動化測試。
背景技術：
隨著我國航天事業的高速發展，對高性能、高可靠、小型化同時具備抗空間輻照的DC/DC變換器的需求十分迫切。在抗輻照DC/DC變換器項目中，需要研究航天和武器系統使用抗輻照DC/DC變換器的空間環境試驗關鍵技術。要開展抗輻照DC/DC變換器的研製，需要對產品進行空間軌道模擬環境試驗的研究，對宇航產品抗空間環境進行地面模擬試驗驗證，進而對產品進行加固設計，突破重大難點技術，打破禁運，替代同類進口產品。單粒子效應是空間輻射環境中的高能質子、重離子、a粒子和中子等與半導體器件或集成電路相互作用後，器件或電路會出現單粒子翻轉、單粒子閉鎖、單粒子柵穿、單粒子燒毀等異常現象。DC/DC變換器作為一個電路系統的電源，如果其受輻照影響而輸出電壓發生改變，將會直接影響電路其他部分的正常工作，其輸出電壓變化太大(瞬間跳變或持續變化)還導致系統故障。因此，單粒子效應地面模擬試驗數據的準確性、可靠性和可信度直接關係著航天電子器件在軌長期運行的可靠性，DC/DC變換器單粒子效應地面模擬試驗是研究DC/DC變換器及核心器件加固設計的基礎。通過DC/DC變換器抗輻照試驗技術研究來確定DC/DC變換器輻照試驗方法及相關判據，編制產品可靠性評估，以完成DC/DC變換器抗輻照試驗技術的標準攻關。針對DC/DC變換器單粒子效應試驗的測試，當今國內還沒有形成統一的試驗方法，還處於探索階段。此外，在國內的重離子單粒子效應地面模擬試驗專用輻照裝置上進行DC/DC變換器單粒子效應試驗，試驗平臺只提供輻照裝置，沒有提供測試樣品的單粒子效應試驗測試裝置。沒有DC/DC變換器單粒子效應試驗測試裝置，就無法獲得DC/DC單粒子效應試驗的基礎數據，這樣就無法精確計算DC/DC變換器在一次輻照試驗過程中發生單粒子翻轉的次數、輸出電參數跳變的脈寬及幅度，進而不能得到反映DC/DC變換器單粒子事件敏感性的參數，從而不能預估DC/DC變換器在空間軌道上的單粒子翻轉率，同時，無法為DC/DC變換器抗單粒子效應加固性能的進一步改進提供基本數據，無法指導抗輻照DC/DC變換器的加固改進設計、抗輻照元器件加固技術研究，也無法為型號的使用提供試驗數據依據。單粒子效應試驗的測試是一項複雜的技術。目前，針對DC/DC變換器單粒子效應試驗的測試裝置主要有以下兩種方案一是僅採用示波器進行高低電平的閾值設定進行單次觸發捕捉單粒子效應試驗現象，或者在示波器中安裝插件，實現多次觸發採集，但是此方法的弊端是觸發設定觸發的數量和採樣速率是矛盾的，即隨著設置多次觸發數量的增加，採樣速率隨之減少。此外，觸發電平只能設置高或者低電平，不能同時設置高低電平的閾值，單粒子試驗時，輸出電壓的跳變的幅度變化可能高，也可能低；二是採用集成的數據記錄儀，雖然可以記錄試驗數據，但是採樣速率小於lMS/s，不能滿足DC/DC變換器單粒子效應試驗高速採集的要求。此外，上述兩種方案，試驗人員在試驗中途要多次進入輻照間手動切換產品以及上電加載，試驗效率低下，同時對試驗人員身體也造成一定的危害。
發明內容本實用新型為解決上述現有技術存在的不足，提供一種DC/DC變換器單粒子效應試驗的自動化測試系統，以提高DC/DC變換器單粒子效應試驗效率，同時實現數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、參數實時顯示、數據回放。本實用新型的DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試系統，包括程控電源、連接DC/DC變換器且用於對試驗電參數信號進行接收調理的信號控制接線盒、與電參數信號控制接線盒相連接的PXI集成採集控制單元、與PXI集成採集控制單元相連接的上位PC機、以及用於監控電參數信號並對電參數信號進行分析處理的LabVIEW測試軟體。所述PXI集成採集控制單元包括PXI控制卡、PXI採集卡和PXI實時控制器，所述PXI控制卡通過PXI總線連接程控電源，所述PXI採集卡通過PXI總線連接信號控制接線盒。所述DC/DC變換器上設有USB測溫模塊。所述測溫模塊連接到PXI集成採集控制單元。所述PXI集成採集控制單元通過PXI總線連接電子負載。所述LabVIEW測試軟體包括數據的測量顯示單元、對數據進行分析處理的計算單元、控制單元、與上位PC機進行數據傳遞的通訊軟體單元。所述計算單元包括對DC/DC變換器測試時電參數跳變次數、跳變脈寬以及跳變幅度的計算。所述控制單元包括對DC/DC變換器測試時產品加載、產品片選的控制以及對程控電源和電子負載的控制。本實用新型的整個測試裝置系統採用先進的PXI工業計算機總線和模塊化的硬體設備。系統硬體包含兩部分功能模塊採集單元、控制單元。採集單元由實時採樣率高達60MS/s的PXI總線模塊化設備構成實時數據採集系統，控制單元是利用PXI繼電器卡控制信號控制接線盒來實現自動片選產品、自動加載。同時，採用PXI實時控制器通過千兆乙太網接口與遠程上位計算機通訊。軟體部分採用LabVIEW作為編程工具，針對DC/DC變換器單粒子效應試驗，開發一套單粒子效應試驗自動化測試軟體，系統軟體由通訊軟體單元、控制軟體單元、測量顯示單元、計算單元組成，實時讀取DC/DC變換器單粒子效應試驗數據並進行分析、處理，測試軟體提供友好的人機界面以及各模塊化子控制界面，方便地實現試驗測試產品的數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、試驗參數設定、參數實時顯示、溫度監測、數據回放功能。試驗開始前，將先將產品裝夾在DC/DC變換器夾具上，連接好程控電源，同時將電子負載與信號控制接線盒連接。開啟電源後，試樣產品開始工作，產品輸出的模擬電壓通過信號調理後，送往PXI採集卡及可攜式集成採集控制設備，實現了電參數的高速採集。通過DC/DC變換器單粒子試驗開發的自動測試軟體，啟動、復位、配置測試系統，在軟體測量主界面上實時顯示採集的電參數變化、實時計算電參數跳變的次數、實時計算電參數跳變的脈寬、實時計算電參數跳變的幅度。通過上位PC機遠程訪問便攜集成採集控制設備實現實時在線檢測、記錄、分析、監測DC/DC變換器單粒子效應試驗全過程。為了提高試驗效率，同時方便試驗人員操作控制產品加載，測試系統通過控制卡智能控制繼電器開關實現單粒子效應試驗過程的產品加載自動切換，同時設置不同顏色的信號燈，來顯示對應繼電器開關的通斷情況，在不需要破壞真空環境及開啟樣品靶室的情況下實現數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、試驗參數設定、參數實時顯示、溫度監測、數據回放功能。與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在I.利用本實用新型DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試裝置及測試方法可以實現DC/DC變換器單粒子效應試驗數據全自動化測試，此裝置集實現數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、試驗參數設定、採集實時顯示、數據回放功能於一體。2.本實用新型可以大大提高DC/DC變換器單粒子試驗效率，同時避免了試驗人員在試驗中途多次進入輻照間，並由此對試驗人員身體造成的危害。·
圖I是本實用新型的測試系統結構圖；圖2是本實用新型的IabvIEW軟體的控制原理圖；圖3是本實用新型的測試流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行更進一步說明。如圖I所示，本實用新型的DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試系統，包括程控電源、連接DC/DC變換器且用於對試驗電參數信號進行接收調理的信號控制接線盒、與電參數信號控制接線盒相連接的PXI集成採集控制單元、與PXI集成採集控制單元相連接的上位PC機、以及用於監控電參數信號並對電參數信號進行分析處理的LabVIEW測試軟體；PXI集成採集控制單元包括PXI控制卡、PXI採集卡和PXI實時控制器，所述PXI控制卡通過PXI總線連接程控電源，所述PXI採集卡通過PXI總線連接信號控制接線盒；DC/DC變換器上設有USB測溫模塊；測溫模塊連接到PXI集成採集控制單元；PXI集成採集控制單元通過PXI總線連接電子負載；LabVIEW測試軟體包括數據的測量顯示單元、對數據進行分析處理的計算單元、控制單元、與上位PC機進行數據傳遞的通訊軟體單元；計算單元包括對DC/DC變換器測試時電參數跳變次數、跳變脈寬以及跳變幅度的計算；控制單元包括對DC/DC變換器測試時產品加載、產品片選的控制以及對程控電源和電子負載的控制。在圖I中，整個測試裝置採用先進的PXI工業計算機總線和模塊化的硬體設備。系統硬體包含兩部分功能模塊採集單元、控制單元。採集單元由實時採樣率高達60MS/s的PXI總線模塊化設備構成實時數據採集系統，控制單元是利用PXI繼電器卡控制信號控制接線盒來實現自動片選產品、自動加載。同時，採用PXI實時控制器通過千兆乙太網接口與遠程上位計算機通信。整個自動化測試系統硬體由NI PXI總線測試設備組成。用NIPXI-5105來採集DC/DC變換器的數據；用PXI-6515控制卡控制信號控制接線盒來實現產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定；用NI USB-9211來監測溫度；用PXI-8109控制本地系統和遠程計算機；便攜集成採集控制平臺採用PXI-1042Q。同時，基於NILabVIEW2010軟體來開發一套單粒子效應試驗自動化測試軟體。系統軟體部分採用LabVIEW作為編程工具，針對DC/DC變換器單粒子效應試驗，開發一套單粒子效應試驗自動化測試軟體，該系統軟體由通訊軟體單元、控制軟體單元、測量顯示單元、計算單元組成，實時讀取DC/DC變換器單粒子效應試驗數據並進行分析、處理，測試軟體提供友好的人機界面以及各模塊化子控制界面，方便地實現試驗測試產品的數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、試驗參數設定、參數實時顯示、溫度監測、數據回放功能。該軟體的控制原理流程如圖2所示試驗前，先將DC/DC變換器裝夾在DC/DC變換器夾具上，連接好程控電源，同時將電子負載與信號控制接線盒連接。開啟電源後，試樣產品開始工作，產品輸出的電參數通過信號調理後，送往PXI採集卡及可攜式集成採集控制設備，實現了電參數的高速採集。通過DC/DC變換器單粒子試驗開發的自動測試軟體，啟動、復位、配置測試系統，在軟體測量主界面上實時顯示採集的電參數變化、實時計算電參數跳變的次數、實時計算電參數跳變的脈寬、實時計算電參數跳變的幅度。通過上位PC機遠程訪問便攜集成採集控制設備實現實時在線檢測、記錄、分析、監測DC/DC變換器單粒子效應試驗全過程。為了提高試驗效率，同時方便試驗人員操作控制產品加載，測試系統通過控制卡智能控制繼電器開關實現單粒子效應試驗過程的產品加載自動切換，同時設置不同顏色的信號燈，來顯示 對應繼電器開關的通斷情況，在不需要破壞真空環境及開啟樣品靶室的情況下實現數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、試驗參數設定、參數實時顯示、溫度監測、數據回放功能。如圖3所示，本實用新型的DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試方法，包括下述步驟I).試驗前產品的全參數及功能測試，開冒後，被試產品在進行一次功能測試，連接好產品夾具及真空測試盒，初始化測試系統；2).測試系統的安裝調試，關閉輻照間門後，復驗一次測試系統，配置數據採集參數(採樣、閾值設定、存儲路徑);3).根據試驗條件要求調諧束流，確保注量率、均勻性及光斑條件滿足要求，通過測試界面上的按鈕片選一隻產品，並通過自動加載按鈕給產品上電，開始輻照；4).運行測試系統，監測產品輸出電參數，實時記錄發生的試驗現象，在輻照期間，被監測器件輸出電壓超出其設定閾值範圍時，則記錄相關脈衝產生的次數和寬度，當脈衝寬度明顯大於正常紋波寬度，則記錄一次單粒子瞬態SET。當電流超過預設最大值時，記錄一次單粒子鎖定SEL，當發生輸出電壓異常，但電流未明顯增大，且被試器件不重啟，無法恢復正常，則記錄一次單粒子功能終止SEFI，當發生輸出電壓值跌至零附近，且被試器件重啟，仍無法恢復正常，則記錄一次單粒子燒毀SEB，當發生SEB或者注量達到試驗規定的要求時,停止試驗,完成第一塊產品的第一種離子輻照試驗；5).按照上述方法，進行第2塊至第N塊產品順序依次進行自動上電加載，監測每塊產品的輸出電參數，直到N只樣品試驗完成後，結束第一輪第一種重離子試驗，切換重離子種類，然後進行第二輪試驗第二種重離子，以此類推完成試驗規定的所有離子輻照試驗;6).結束試驗，對試驗數據統計分析，按照線性能量傳輸值的大小，分別統計各試驗樣品發生SET、SEL、SEFI的次數及對應重離子的注量，繪製單粒子效應界面與線性能量傳輸值關係圖。 在DC/DC變換器單粒子效應試驗中利用實用新型的裝置系統進行DC/DC變換器單粒子效應試驗，裝置記錄試驗過程發生異常現象的全部數據，同時，單次單粒子試驗調試時間由原來的6小時縮短為2小時，試驗調試效率提高了 3倍。因為試驗過程切換所有試驗產品均以實現了自動化，試驗中途不需要破壞真空環境及開啟樣品靶室，此外，所有產品的加載、電源設定及開關電均是自動控制無需人工設置，使試驗束流效率提高了 20%，同時，避 免了試驗人員在試驗中途多次進入輻照間，並由此對試驗人員身體造成的危害。
權利要求1.一種DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試系統，包括程控電源、連接DC/DC變換器且用於對試驗電參數信號進行接收調理的信號控制接線盒、與電參數信號控制接線盒相連接的PXI集成採集控制單元、與PXI集成採集控制單元相連接的上位PC機。
2.如權利要求I所述的自動化測試系統，其特徵在於所述PXI集成採集控制單元包括PXI控制卡、PXI採集卡和PXI實時控制器，所述PXI控制卡通過PXI總線連接程控電源，所述PXI採集卡通過PXI總線連接信號控制接線盒。
3.如權利要求I所述的自動化測試系統，其特徵在於所述DC/DC變換器上設有USB測溫模塊。
4.如權利要求3所述的自動化測試系統，其特徵在於所述測溫模塊連接到PXI集成採集控制單元。
5.如權利要求I所述的自動化測試系統，其特徵在於所述PXI集成採集控制單元通過PXI總線連接電子負載。
專利摘要本實用新型公開了一種DC/DC變換器單粒子效應試驗自動化測試系統，包括程控電源、與電參數信號控制接線盒相連接的PXI集成採集控制單元、與PXI集成採集控制單元相連接的上位PC機、以及用於監控電參數信號並對電參數信號進行分析處理的LabVIEW測試軟體。本實用新型可以實現DC/DC變換器單粒子效應試驗數據全自動化測試，集數據自動高速採集、產品自動片選、產品自動加載、自動電源設定、試驗參數設定、採集實時顯示、數據回放功能於一體，大大提高了DC/DC變換器單粒子試驗效率，同時避免了試驗人員在試驗中途多次進入輻照間，並由此對試驗人員身體造成的危害。
文檔編號G01R31/00GK202583343SQ201220080729
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月6日 優先權日2012年3月6日
發明者劉小為, 周大敏, 齊筱萍 申請人:中國電子科技集團公司第四十三研究所