一种多通道可编程电源分析系统的制作方法

1.本发明涉及一种多通道可编程电源分析系统，是一种集多通道、可编程、在线监测和参数采集分析于一体的电源系统，属于先进测试与可靠性试验技术领域。


背景技术：

2.电源作为宇航用元器件测试、老炼、寿命、辐照、验证等试验中不可或缺的装置，其使用范围几乎贯穿了元器件质量保证工作的全过程。而随着半导体技术的飞速发展，集成电路的复杂度与日俱增，对集成电路试验所需的电源也提出了更高的技术要求，主要的考验有：
3.(1)复杂的“片上系统(soc)”往往采用多电压域，要求更多的电源通道；
4.(2)老炼寿命等试验，在为用电负载供电的同时，还需要记录实时数据，用于后期分析；
5.(3)对于一些特定情况，除了要求提供相应的dc电平外，还期望电源能提供相应的ac信号输出。


技术实现要素：

6.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多通道可编程电源分析系统，将多通道、可编程、在线监测和参数采集等功能集中于一体，解决了多组电源布线混乱、调节困难等问题，同时也提供了数据采集和实时监控等功能，进而可以大大提高电测试试验效率。
7.本发明的技术解决方案是：
8.一种多通道可编程电源分析系统，包括：pxi机箱、多通道电源板卡、pxi通讯板卡、显示及控制器模块、电源模块、集成机箱；
9.pxi机箱为多通道电源板卡和pxi通讯板卡提供pxi接口，pxi机箱内设置有一块pxi通讯板卡和多块多通道电源板卡；
10.显示及控制器模块提供人机交互界面，将外部输入的指令通过pxi通讯板卡发送给多通道电源板卡，进而控制多通道电源板卡的各种状态、参数、动作；
11.电源模块为显示及控制器模块以及pxi机箱供电；pxi机箱、显示及控制器模块、电源模块均设置在集成机箱内。
12.进一步的，多通道电源板卡还同时设置有外部供电电源，在多通道电源板卡的电流负载超过设定阈值时，电源模块以及外部供电电源同时为多通道电源板卡供电；在所述多通道可编程电源分析系统使用工作时，上电顺序为pxi机箱、显示及控制器模块、多通道电源板卡的外部供电电源。
13.进一步的，集成机箱上设置有电源通道外部接口以及usb接口，pxi机箱通过电源通道外部接口对外部对象进行供电和数据采集；采集到的数据通过usb接口导出。
14.进一步的，多通道电源板卡为符合pxi接口定义的电源供给、电流测量板卡，单个
多通道电源板卡输出8路独立的电源信号，电压范围为0-8v，每路电源信号的电流能力为1a；多个通道之间可并行使用，最多8个通道提供8a的电流能力；
15.所述多通道电源板卡实现各电源通道的电流测试、记录、存储能力，并通过自定义产生不同类型的电源波形。
16.进一步的，通过显示及控制器模块输入设置，令多通道电源板卡具有普通工作模式、数据记录模式、波形监测模式、触发监测模式、波形输出模式。
17.进一步的，普通工作模式：每个通道可单独工作，可设置输出电压值、电流钳位值、控制输出的通断，在普通工作模式下，显示测量到的实际电压值和电流值；各通道可并行同时工作，以提供更高的电流能力；
18.数据记录模式：当数据记录模式开启时，用户对需要记录的测量数据进行保存，保存成txt文件；
19.波形监测模式：开启波形监测模式后，对给所述外部对象供电的实际的电压值、电流值进行实时监测，绘制成实时的波形并显示；
20.触发监测模式：对指定的通道进行阈值设定，包括输出电压阈值和电流阈值，当电压电流值超过设定的阈值时，产生报警，记录当前时段的电压电流数据，并进行断电操作；
21.波形输出模式：产生各种自定义的波形，通过修改多通道电源板卡上的寄存器值实现电源通道的电压输出值设定，通过编写不同的波形数据对寄存器值进行更改，产生对应的电压输出波形；
22.进一步的，多通道电源板卡电源通道的上电顺序可设置，通过使用延时继电器实现上述上电顺序之间的延迟时间。
23.进一步的，所述多通道电源板卡包括：主控模块、电源通道模块、输出控制模块、电源设置模块、时间测量模块、触发模块、pxi电源接口以及pxi通讯接口；
24.主控模块：采用fpga为核心，作为多通道电源板卡的控制处理器件，与上位机通过pxi通讯接口进行数据和指令交互，配置、控制电源通道模块中八个dps通道的工作状态；
25.电源通道模块：包括8个独立的dps电源通道，作为对外提供的8路可编程电源输出端；dps电源通道通过dps芯片实现；
26.输出控制模块：包括模数转换器和数模转换器，配合主控模块对电源通道模块进行控制，调节电源的输出指标；
27.电源设置模块：配合主控模块，设置电源通道模块中的各dps芯片的工作状态、电压电流钳位参数指标；
28.时间测量模块：配合主控模块，对各dps电源通道电源输出特性中的时间参数进行测量，进行电源时域特性分析；
29.触发模块：配合主控模块，实现各dps电源通道的触发模式工作和触发测量分析；
30.pxi电源接口：与pxi机箱的背板电源接口部分对应，引入电源板卡的供电电源，并进行电源转换，为多通道电源板卡中的各模块元器件提供需要的工作电压和驱动功率；
31.pxi通讯接口：主控模块通过pxi通讯接口与所述pxi通讯板卡进行数据和指令交互。
32.本发明与现有技术相比的有益效果是：
33.(1)本发明的系统由通用pxi机箱、pxi通讯板卡、多通道电源板卡、开关电源部件、
显示及控制部件和集成外机箱等构成，配备人机交互控制和监控、数据分析软件界面，在元器件并测、老炼、寿命试验等领域具有广泛用途，相较于常规源表搭建的系统，具有小型化、一体化设计的特点，集成度高、使用便捷、可直观在线监测和数据分析；
34.(2)本发明系统具有最大32路可编程直流电源输出能力，通过软件设置指定输出模式(fvmi或fimv)及电压、电流范围，可对输出电源的波形和上下电延迟编程，可设定输出阈值以保护负载的加电安全；
35.(3)本发明系统具备数据采集和分析功能，可长期监测采集记录各通道的电压、电流参数并绘制曲线，动态刷新数据和图形，供试验人员观测和分析数据；
36.(4)本发明系统具有多通道软件内部并联功能，无须改变外部硬件连接，实现输出功率的倍增；
37.(5)本发明系统各通道的输出为开尔文连接四线端子，可实现远距离反馈补偿的精确供电和测量，适用于多种试验加电和参数测量的场景。
附图说明
38.图1为本发明中多通道可编程电源系统框图；
39.图2为本发明多通道电源板卡组成系统框图。
具体实施方式
40.下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
41.本发明系统可以向用户提供多通道的电源供给，同时可以对各电源通道的电压电流状态进行实时监测、触发监测、数据存储分析等功能。系统基于pxi接口搭建，扩展性较强，电源通道数可以多达32通道。同时，该系统还具有网口和usb等扩展接口，可以和其他测量仪器、源仪器集成，组建功能更加强大的测试系统。
42.如图1所示，本发明提出的一种多通道可编程电源分析系统，包括：pxi机箱、多通道电源板卡、pxi通讯板卡、显示及控制器模块、电源模块、集成机箱；
43.pxi机箱为多通道电源板卡和pxi通讯板卡提供pxi接口，pxi机箱内设置有一块pxi通讯板卡和多块多通道电源板卡；
44.显示及控制器模块提供人机交互界面，将外部输入的指令通过pxi通讯板卡发送给多通道电源板卡，进而控制多通道电源板卡的各种状态、参数、动作；
45.电源模块为显示及控制器模块以及pxi机箱供电；pxi机箱、显示及控制器模块、电源模块均设置在集成机箱内。
46.多通道电源板卡还同时设置有外部供电电源，在多通道电源板卡的电流负载超过设定阈值时，电源模块以及外部供电电源同时为多通道电源板卡供电；在所述多通道可编程电源分析系统使用工作时，上电顺序为pxi机箱、显示及控制器模块、多通道电源板卡的外部供电电源。
47.集成机箱上设置有电源通道外部接口以及usb接口，pxi机箱通过电源通道外部接口对外部对象进行供电和数据采集；采集到的数据通过usb接口导出。
48.多通道电源板卡为符合pxi接口定义的电源供给、电流测量板卡，单个多通道电源板卡输出8路独立的电源信号，电压范围为0-8v，每路电源信号的电流能力为1a；多个通道
之间可并行使用，最多8个通道提供8a的电流能力；
49.所述多通道电源板卡实现各电源通道的电流测试、记录、存储能力，并通过自定义产生不同类型的电源波形。
50.通过显示及控制器模块输入设置，令多通道电源板卡具有普通工作模式、数据记录模式、波形监测模式、触发监测模式、波形输出模式。
51.普通工作模式：每个通道可单独工作，可设置输出电压值、电流钳位值、控制输出的通断，在普通工作模式下，显示测量到的实际电压值和电流值；各通道可并行同时工作，以提供更高的电流能力；
52.数据记录模式：当数据记录模式开启时，用户对需要记录的测量数据进行保存，保存成txt文件；
53.波形监测模式：开启波形监测模式后，对给所述外部对象供电的实际的电压值、电流值进行实时监测，绘制成实时的波形并显示；
54.触发监测模式：对指定的通道进行阈值设定，包括输出电压阈值和电流阈值，当电压电流值超过设定的阈值时，产生报警，记录当前时段的电压电流数据，并进行断电操作；
55.波形输出模式：产生各种自定义的波形，通过修改多通道电源板卡上的寄存器值实现电源通道的电压输出值设定，通过编写不同的波形数据对寄存器值进行更改，产生对应的电压输出波形；
56.多通道电源板卡电源通道的上电顺序可设置，通过使用延时继电器实现上述上电顺序之间的延迟时间。
57.如图2所示，本发明中多通道电源板卡包括：主控模块、电源通道模块、输出控制模块、电源设置模块、时间测量模块、触发模块、pxi电源接口以及pxi通讯接口；
58.主控模块：采用fpga为核心，作为多通道电源板卡的控制处理器件，与上位机通过pxi通讯接口进行数据和指令交互，配置、控制电源通道模块中八个dps通道的工作状态；
59.电源通道模块：包括8个独立的dps电源通道，作为对外提供的8路可编程电源输出端；dps电源通道通过dps芯片实现；
60.输出控制模块：包括模数转换器和数模转换器，配合主控模块对电源通道模块进行控制，调节电源的输出指标；
61.电源设置模块：配合主控模块，设置电源通道模块中的各dps芯片的工作状态、电压电流钳位参数指标；
62.时间测量模块：配合主控模块，对各dps电源通道电源输出特性中的时间参数进行测量，进行电源时域特性分析；
63.触发模块：配合主控模块，实现各dps电源通道的触发模式工作和触发测量分析；
64.pxi电源接口：与pxi机箱的背板电源接口部分对应，引入电源板卡的供电电源，并进行电源转换，为多通道电源板卡中的各模块元器件提供需要的工作电压和驱动功率；
65.pxi通讯接口：主控模块通过pxi通讯接口与所述pxi通讯板卡进行数据和指令交互。
66.实施例：
67.本实施例由pxi机箱、多通道电源板卡、pxi通讯板卡、显示及控制器模块、电源模块组成、集成机箱组成。
68.1、pxi机箱
69.本实施例装置采用了一个5槽pxi机箱，可以插入1块pxi通讯板卡，以及最多4块dps板卡，pxi接口的系统优点是扩展灵活，槽位可以插入任意功能的pxi接口测试板卡，随时扩展该系统的测试能力，再配合各种自己开发的测试软件，以实现各种特殊需求的测试能力。
70.2、多通道电源板卡
71.多通道电源板卡是自主开发的符合pxi接口定义的电源供给、电流测量板卡。单个板卡可以输出8路独立的电源信号，电压范围为0-8v，每路电源信号的电流能力为1a；多个通道之间可以并行使用，最多8个通道可以提供8a的电流能力。该板卡可以实现各电源通道的电流测试、记录、存储能力，并可以通过自定义产生不同类型的电源波形。
72.3、pxi通讯板卡
73.pxi通讯板卡负责pxi机箱与显示及控制器模块之间的通讯。
74.4、显示及控制器模块
75.显示及控制器模块为整个系统的控制核心，并且提供了系统的人机交互界面显示。该系统的操作控制软件在此模块上运行，操作控制软件的各个命令调用多通道电源板卡的.dll驱动文件、通过pxi通讯板卡发送给多通道电源板卡，进而控制板卡的各种状态、参数、动作。
76.5、电源模块
77.该系统的电源模块主要负责向pxi机箱、显示及控制器模块、多通道电源板卡3部分供电。多通道电源板卡在电流负载较大时，pxi背板电源不足以支撑，所以需要外部电源供电。在系统使用时，正确的上电顺序为pxi机箱、显示及控制器模块、多通道电源板卡的外部电源。系统在设计时，使用了延时继电器，实现了系统的正常工作。
78.6、集成机箱
79.集成机箱将该系统的所有功能模块有机的集成到一体，并将电源按键、电源通道外部接口、usb扩展口等合理的分配到集成机箱表面，使整个系统外形统一、节俭，将整个电源系统仪器话，使用方便，便于移动。
80.该实施例装置具有如下工作模式：
81.1.普通工作模式：
82.每个通道可以单独工作，可以设置输出电压值，可以设置电流钳位值，可以控制输出的通断，可以显示测量到的实际电压值和电流值。
83.各通道可以并行同时工作，以提供更高的电流能力。选择merge模式之后，被merge在一起的通道，只有第一个通道可以设置。
84.2.数据记录模式：
85.当数据记录功能开启时，用户可以对需要记录的数据进行保存，保存成txt文件，以便用户进行分析。
86.3.波形监测模式：
87.用户可以开启波形监测的功能，对实际的电压值、电流值进行实时监测，绘制成实时的波形在仪器屏幕显示。
88.4.触发监测模式：
89.在电源系统工作时，用户可以对指定的通道进行阈值设定，包括输出电压阈值和电流阈值，当电压电流值超过设定的阈值时，系统将会产生报警，记录当前时段的电压电流数据，并进行断电等操作。
90.5.波形输出模式：
91.电源通道的电压输出值是通过写电源板卡上的寄存器值实现的，通过编写不同的波形数据对寄存器值进行更改，可以产生任意的电压输出波形，该系统将这一接口开放给用户，用来产生各种客户自定义的波形。同时该系统为用户定义了几种常用的波形如脉冲、方波、锯齿波、三角波。
92.6.上电顺序和下电顺序：
93.用户可以设置各通道间的上电顺序以及延迟时间，以满足客户的使用需求。
94.本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

技术特征：
1.一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于包括：pxi机箱、多通道电源板卡、pxi通讯板卡、显示及控制器模块、电源模块、集成机箱；pxi机箱为多通道电源板卡和pxi通讯板卡提供pxi接口，pxi机箱内设置有一块pxi通讯板卡和多块多通道电源板卡；显示及控制器模块提供人机交互界面，将外部输入的指令通过pxi通讯板卡发送给多通道电源板卡，进而控制多通道电源板卡的各种状态、参数、动作；电源模块为显示及控制器模块以及pxi机箱供电；pxi机箱、显示及控制器模块、电源模块均设置在集成机箱内。2.根据权利要求1所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：多通道电源板卡还同时设置有外部供电电源，在多通道电源板卡的电流负载超过设定阈值时，电源模块以及外部供电电源同时为多通道电源板卡供电；在所述多通道可编程电源分析系统使用工作时，上电顺序为pxi机箱、显示及控制器模块、多通道电源板卡的外部供电电源。3.根据权利要求1所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：集成机箱上设置有电源通道外部接口以及usb接口，pxi机箱通过电源通道外部接口对外部对象进行供电和数据采集；采集到的数据通过usb接口导出。4.根据权利要求3所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：多通道电源板卡为符合pxi接口定义的电源供给、电流测量板卡，单个多通道电源板卡输出8路独立的电源信号，电压范围为0-8v，每路电源信号的电流能力为1a；多个通道之间可并行使用，最多8个通道提供8a的电流能力；所述多通道电源板卡实现各电源通道的电流测试、记录、存储能力，并通过自定义产生不同类型的电源波形。5.根据权利要求4所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：通过显示及控制器模块输入设置，令多通道电源板卡具有普通工作模式、数据记录模式、波形监测模式、触发监测模式、波形输出模式。6.根据权利要求5所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：普通工作模式：每个通道可单独工作，可设置输出电压值、电流钳位值、控制输出的通断，在普通工作模式下，显示测量到的实际电压值和电流值；各通道可并行同时工作，以提供更高的电流能力；数据记录模式：当数据记录模式开启时，用户对需要记录的测量数据进行保存，保存成txt文件；波形监测模式：开启波形监测模式后，对给所述外部对象供电的实际的电压值、电流值进行实时监测，绘制成实时的波形并显示；触发监测模式：对指定的通道进行阈值设定，包括输出电压阈值和电流阈值，当电压电流值超过设定的阈值时，产生报警，记录当前时段的电压电流数据，并进行断电操作；波形输出模式：产生各种自定义的波形，通过修改多通道电源板卡上的寄存器值实现电源通道的电压输出值设定，通过编写不同的波形数据对寄存器值进行更改，产生对应的电压输出波形。7.根据权利要求5所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：多通道电源板卡电源通道的上电顺序可设置，通过使用延时继电器实现上述上电顺序之间的延迟时间。
8.根据权利要求5所述的一种多通道可编程电源分析系统，其特征在于：所述多通道电源板卡包括：主控模块、电源通道模块、输出控制模块、电源设置模块、时间测量模块、触发模块、pxi电源接口以及pxi通讯接口；主控模块：采用fpga为核心，作为多通道电源板卡的控制处理器件，与上位机通过pxi通讯接口进行数据和指令交互，配置、控制电源通道模块中八个dps通道的工作状态；电源通道模块：包括8个独立的dps电源通道，作为对外提供的8路可编程电源输出端；dps电源通道通过dps芯片实现；输出控制模块：包括模数转换器和数模转换器，配合主控模块对电源通道模块进行控制，调节电源的输出指标；电源设置模块：配合主控模块，设置电源通道模块中的各dps芯片的工作状态、电压电流钳位参数指标；时间测量模块：配合主控模块，对各dps电源通道电源输出特性中的时间参数进行测量，进行电源时域特性分析；触发模块：配合主控模块，实现各dps电源通道的触发模式工作和触发测量分析；pxi电源接口：与pxi机箱的背板电源接口部分对应，引入电源板卡的供电电源，并进行电源转换，为多通道电源板卡中的各模块元器件提供需要的工作电压和驱动功率；pxi通讯接口：主控模块通过pxi通讯接口与所述pxi通讯板卡进行数据和指令交互。

技术总结
本发明涉及一种多通道可编程电源分析系统，包括：PXI机箱、多通道电源板卡、PXI通讯板卡、显示及控制器模块、电源模块、集成机箱；PXI机箱为多通道电源板卡和PXI通讯板卡提供PXI接口，PXI机箱内设置有一块PXI通讯板卡和多块多通道电源板卡；显示及控制器模块提供人机交互界面，将外部输入的指令通过PXI通讯板卡发送给多通道电源板卡，进而控制多通道电源板卡的各种状态、参数、动作；电源模块为显示及控制器模块以及PXI机箱供电；PXI机箱、显示及控制器模块、电源模块均设置在集成机箱内。本发明解决了多组电源布线混乱、调节困难等问题，同时也提供了数据采集和实时监控等功能，进而可以大大提高电测试试验效率。以大大提高电测试试验效率。以大大提高电测试试验效率。


技术研发人员：张大宇 汪悦 张松 王贺 宁永成 丛山 万旺 梁培哲 杨发明 杨彦朝
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/7/31