一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置及方法，所述装置包括开关电源模块、信号切换及调理模块、上位机系统、示波器，其中：所述的开关电源模块设置有若干个故障注入点和关键测试节点；所述的信号切换及调理模块与开关电源模块的关键测试节点相连；所述的上位机系统与信号切换及调理模块、示波器相连；所述的示波器与信号切换及调理模块、上位机系统相连。本发明专利技术针对开关电源的多种故障模式进行模拟注入，并通过监测系统实时监测开关电源电路中的关键测试节点的电压信号，提取故障特征参数，构建故障‑测试相关性矩阵，实现对开关电源的测试性分析。

A switch power supply fault simulation injection and testability analysis device and method

The invention discloses a device for analog injection and test analysis of switching power supply. The device includes a switch power module, a signal switching and a conditioning module, a upper computer system, and an oscilloscope. The switch power module is provided with several fault injection points and key test nodes; the signals described. The switching and conditioning module is connected with the key test node of the switch power module; the upper computer system is connected with the signal switching and the moduling module and the oscilloscope, and the oscilloscope is connected with the signal switching and conditioning module and the upper computer system. This invention simulates the various fault modes of the switching power supply, and monitors the voltage signal of the key test node in the switch power circuit through the monitoring system, extracts the fault characteristic parameters and constructs the test correlation matrix of the fault, and realizes the test analysis of the switching power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置及方法
本专利技术属于开关电源
，涉及一种电源监测装置及测试性分析方法，尤其涉及一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置及方法。
技术介绍
作为完成电能转换和功率传递的主要设备，开关电源可为控制模块、计算机、继电器等负载供电，是电力电子系统中最重要的单元之一。近些年来，电子技术的迅速发展使人们对电子仪器和设备有了更高的要求，而电源是电子设备正常工作的基础部件，通常位于系统的最上游，为整个系统提供能量。其故障将严重危害到下游各个组件的工作状态，因此对其可靠性的要求越来越高，保证其具有良好的测试性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置及方法，针对开关电源的多种故障模式进行模拟注入，并通过监测系统实时监测开关电源电路中的关键测试节点的电压信号，提取故障特征参数，构建故障-测试相关性矩阵，实现对开关电源的测试性分析。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，包括开关电源模块、信号切换及调理模块、上位机系统、示波器，其中：所述的开关电源模块设置有若干个故障注入点和关键测试节点；所述的信号切换及调理模块与开关电源模块的关键测试节点相连；所述的上位机系统与信号切换及调理模块、示波器相连；所述的示波器与信号切换及调理模块、上位机系统相连；所述的故障注入点完成对开关电源多种元器件参数漂移的故障模拟，上位机系统向信号切换及调理模块发送控制指令，信号切换及调理模块根据上位机系统发送的控制指令切换开关电源模块中相应的关键测试节点，并将各关键测试节点的电压信号调理至示波器允许的电压测量范围内，示波器将信号切换及调理模块传输的关键测试节点信号测试完成后，将测试数据传输至上位机系统，上位机系统根据测试数据构建故障-测试相关性矩阵，实现对开关电源的测试性分析。一种采用上述装置进行开关电源故障模拟注入及测试性分析的方法，包括如下步骤：步骤一：将开关电源模块的关键测试节点与信号切换及调理模块相连，信号切换及调理模块的输出与示波器相连，示波器与上位机系统相连；步骤二：通过上位机系统选择开关电源模块电路中需要测试的关键测试节点，设置测试数据的存储路径；步骤三：选取开关电源的故障元器件及其故障模式，并通过故障注入点完成对该故障的模拟，上电待开关电源稳定输出后，运行上位机系统程序，控制信号切换及调理模块，通过示波器完成各关键测试节点电压信号的测量，并传输到上位机系统；步骤四：通过上位机系统设置各关键测试节点电压数据所需提取的特征参数及其保存路径；步骤五：通过上位机系统设置开关电源模块各关键测试节点特征参数的阈值上下限，据此建立开关电源模块的故障-测试矩阵，并计算出测试性指标，完成对开关电源模块的测试性分析。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术可以通过插拔或者拨码切换的方式对开关电源进行多种故障模式的模拟注入。2、本专利技术可以实时准确地监测开关电源各关键节点的电压信号变化情况，通过上位机系统处理分析数据，对开关电源的测试性进行分析。3、本专利技术适用于大多数开关电源的状态监测及测试性分析，具有很高的移植性，可以为其他电源的状态监测及测试性分析提供平台。附图说明图1为开关电源故障模拟注入及测试性分析装置的结构示意图；图2为开关电源模块的结构示意图；图3为开关电源各关键测试节点电压信号测量原理图；图4为继电器切换单元的结构示意图；图5为上位机系统结构图；图6为根据故障-测试相关性矩阵分析测试性的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式。本实施方式中所述开关电源故障模拟注入及测试性分析装置由开关电源模块1、信号切换及调理模块2、上位机系统3、示波器4构成，其中：所述的开关电源模块1选用某LED驱动电源，是一种输出电流为700mA的恒流源。根据电源的失效统计数据及灵敏度分析结果，设置的故障注入点1-2包括MOSFET、光耦、输出滤波电容、采样电阻等元器件共计11个。电路中各部分的关键测试节点1-1共计14个。所述的信号切换及调理模块2与开关电源模块1的14个关键测试节点1-1相连，根据上位机系统3发送的控制指令切换相应的节点，并将开关电源模块1中各关键测试节点电压信号调理至示波器4允许的电压测量范围内。所述的上位机系统3与信号切换及调理模块2、示波器4相连，通过上位机系统3向信号切换及调理模块2发送控制指令，控制切换相应的测试节点电压信号，并通过与之匹配的调理电路并与示波器4相连。示波器4完成测试后，测试数据传输到上位机系统3。所述的示波器4采用AgilentTechnologiesInc.公司的DSO5012A型号的数字示波器，与信号切换及调理模块2、上位机系统3相连，将信号切换及调理模块2传输的测试节点信号测试完成后，将数据通过局域网（LAN）传输至上位机系统3。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，下面结合图2说明本实施方式。本实施方式中所述开关电源模块1包括关键测试节点1-1、故障注入点1-2，其中：所述的关键测试节点1-1共计14个，包含了开关电源的输入电压点、输出电压点、反馈电压点、光耦输入电压点、光耦输出电压点、基准电压点、MOSFET栅极电压点、MOSFET源极电压点、MOSFET漏极电压点等。如图2所示，TP1为400V输入电压、TP2为漏极电压、TP3为源极电压、TP4为栅极电压、TP5为辅助电源电压、TP6为光耦输出电压、TP7为NCP1230输出15V电压、TP8为二极管输入电压、TP9为输出电压、TP10为TL431供电电压、TP11为运放供电电压、TP12为参考电压、TP13为输出采样电压、TP14为光耦输入电压。所述的故障注入点1-2共计11个，可通过插拔或者拨码切换的方式实现对开关电源多种元器件参数漂移的故障模拟。其中故障元器件包括MOSFET、光耦、铝电解电容、采样电阻等。如图2所示，RC1为输出采样电阻阻值漂移的注入点、RC2为参考电压模块中电阻阻值漂移的第一个注入点、RC3为参考电压模块中电阻阻值漂移的第二个注入点、RC4为比较调节模块中的电阻阻值漂移的注入点、RC5为PWM控制模块中的电阻阻值漂移的注入点、RC6为对MOSFET电流进行采样的电阻阻值漂移的注入点、C2为铝电解电容容值漂移的注入点、C4为比较调节模块中的电容容值漂移的注入点、C5为光耦隔离模块中的电容容值漂移的注入点、OP1为光耦隔离模块中的光耦电流传输比漂移的注入点、Q1为MOSFET导通电阻阻值漂移的注入点。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，下面结合图3和4说明本实施方式。本实施方式中所述信号切换及调理模块2包括主控单元2-1、串口通讯单元2-2、驱动单元2-3、继电器切换电路2-4、电压调理电路2-5，其中：所述的主控单元2-1为STM32，型号为F103ZET6。所述的串口通讯单元2-2为PL2303，连接在主控单元2-1与上位机系统3之间，将主控单元2-1的RS2303信号与USB信号进行转换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，其特征在于所述装置包括开关电源模块、信号切换及调理模块、上位机系统、示波器，其中：所述的开关电源模块设置有若干个故障注入点和关键测试节点；所述的信号切换及调理模块与开关电源模块的关键测试节点相连；所述的上位机系统与信号切换及调理模块、示波器相连；所述的示波器与信号切换及调理模块、上位机系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，其特征在于所述装置包括开关电源模块、信号切换及调理模块、上位机系统、示波器，其中：所述的开关电源模块设置有若干个故障注入点和关键测试节点；所述的信号切换及调理模块与开关电源模块的关键测试节点相连；所述的上位机系统与信号切换及调理模块、示波器相连；所述的示波器与信号切换及调理模块、上位机系统相连。2.根据权利要求1所述的开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，其特征在于所述开关电源模块是输出电流为700mA的恒流源。3.根据权利要求1所述的开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，其特征在于所述关键测试节点的个数为14个，分别为：400V输入电压、漏极电压、源极电压、T栅极电压、T辅助电源电压、T光耦输出电压、NCP1230输出15V电压、二极管输入电压、输出电压、TL431供电电压、运放供电电压、参考电压、输出采样电压、光耦输入电压；所述故障注入点的个数为11个，分别为：输出采样电阻阻值漂移的注入点、参考电压模块中电阻阻值漂移的第一个注入点、参考电压模块中电阻阻值漂移的第二个注入点、比较调节模块中的电阻阻值漂移的注入点、PWM控制模块中的电阻阻值漂移的注入点、对MOSFET电流进行采样的电阻阻值漂移的注入点、铝电解电容容值漂移的注入点、比较调节模块中的电容容值漂移的注入点、光耦隔离模块中的电容容值漂移的注入点、光耦隔离模块中的光耦电流传输比漂移的注入点、MOSFET导通电阻阻值漂移的注入点。4.根据权利要求1所述的开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，其特征在于所述信号切换及调理模块包括主控单元、串口通讯单元、驱动单元、继电器切换电路、电压调理电路，其中：所述的串口通讯单元连接在主控单元与上位机系统之间，将主控单元的RS2303信号与USB信号进行转换；所述的驱动单元由译码芯片和晶体管阵列组成，译码芯片的输入端连接主控单元的IO管脚，输出端连接晶体管阵列的输入端；所述的继电器切换电路由多个继电器切换单元组成，每个继电器单元由发光二极管、电阻和继电器组成；继电器的+5V供电端连接发光二极管的正极，电阻的两端分别连接二极管的阴极和继电器的控制端，继电器的控制端口与驱动单元的晶体管阵列输出端口相连，晶体管阵列的每个输出端口连接两个继电器控制单元的控制端，继电器的常开触点连接电压调理电路的输入端，开关电源模块的关键测试节点连接到继电器的动触头上；所述的电压调理电路由分压电路和运放跟随电路组成，继电器切换模块的输出端连接分压电路，由分压电路降压后的信号经运放跟随电路隔离后输入到示波器。5.根据权利要求4所述的开关电源故障模拟注入及测试性分析装置，其特征在于所述主控单元为STM32，型号为F103ZET6；串口通讯单元为PL2303；译码芯片选用74LS238芯片，晶体管阵列选用ULN2003...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶雪荣，陈岑，陈丽影，牛皓，翟国富，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23