DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试系统及测试方法

摘要

本发明公开了一种DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试系统，包括程控电源、与电参数信号控制接线盒相连接的PXI集成采集控制单元、与PXI集成采集控制单元相连接的上位PC机、以及用于监控电参数信号并对电参数信号进行分析处理的LabVIEW测试软件。本发明还公开了该自动化测试系统的测试方法。本发明可以实现DC/DC变换器单粒子效应试验数据全自动化测试，集数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、试验参数设定、采集实时显示、数据回放功能于一体，大大提高了DC/DC变换器单粒子试验效率，同时避免了试验人员在试验中途多次进入辐照间，并由此对试验人员身体造成的危害。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试装置系统，属于空间环境抗辐照试验技术领域，用于快速、高效的DC/DC变换器单粒子试验自动化测试。

 

背景技术

随着我国航天事业的高速发展，对高性能、高可靠、小型化同时具备抗空间辐照的DC/DC变换器的需求十分迫切。在抗辐照DC/DC变换器项目中，需要研究航天和武器系统使用抗辐照DC/DC变换器的空间环境试验关键技术。要开展抗辐照DC/DC变换器的研制，需要对产品进行空间轨道模拟环境试验的研究，对宇航产品抗空间环境进行地面模拟试验验证，进而对产品进行加固设计，突破重大难点技术，打破禁运，替代同类进口产品。

单粒子效应是空间辐射环境中的高能质子、重离子、a粒子和中子等与半导体器件或集成电路相互作用后，器件或电路会出现单粒子翻转、单粒子闭锁、单粒子栅穿、单粒子烧毁等异常现象。DC/DC变换器作为一个电路系统的电源，如果其受辐照影响而输出电压发生改变，将会直接影响电路其他部分的正常工作，其输出电压变化太大（瞬间跳变或持续变化）还导致系统故障。因此，单粒子效应地面模拟试验数据的准确性、可靠性和可信度直接关系着航天电子器件在轨长期运行的可靠性，DC/DC变换器单粒子效应地面模拟试验是研究DC/DC变换器及核心器件加固设计的基础。通过DC/DC变换器抗辐照试验技术研究来确定DC/DC变换器辐照试验方法及相关判据，编制产品可靠性评估，以完成DC/DC变换器抗辐照试验技术的标准攻关。

针对DC/DC变换器单粒子效应试验的测试，当今国内还没有形成统一的试验方法，还处于探索阶段。此外，在国内的重离子单粒子效应地面模拟试验专用辐照装置上进行DC/DC变换器单粒子效应试验，试验平台只提供辐照装置，没有提供测试样品的单粒子效应试验测试装置。没有DC/DC变换器单粒子效应试验测试装置，就无法获得DC/DC单粒子效应试验的基础数据，这样就无法精确计算DC/DC变换器在一次辐照试验过程中发生单粒子翻转的次数、输出电参数跳变的脉宽及幅度，进而不能得到反映DC/DC变换器单粒子事件敏感性的参数，从而不能预估DC/DC变换器在空间轨道上的单粒子翻转率，同时，无法为DC/DC变换器抗单粒子效应加固性能的进一步改进提供基本数据，无法指导抗辐照DC/DC变换器的加固改进设计、抗辐照元器件加固技术研究，也无法为型号的使用提供试验数据依据。

单粒子效应试验的测试是一项复杂的技术。目前，针对DC/DC变换器单粒子效应试验的测试装置主要有以下两种方案：一是仅采用示波器进行高低电平的阈值设定进行单次触发捕捉单粒子效应试验现象，或者在示波器中安装插件，实现多次触发采集，但是此方法的弊端是触发设定触发的数量和采样速率是矛盾的，即随着设置多次触发数量的增加，采样速率随之减少。此外，触发电平只能设置高或者低电平，不能同时设置高低电平的阈值，单粒子试验时，输出电压的跳变的幅度变化可能高，也可能低；二是采用集成的数据记录仪，虽然可以记录试验数据，但是采样速率小于1MS/s,不能满足DC/DC变换器单粒子效应试验高速采集的要求。此外，上述两种方案，试验人员在试验中途要多次进入辐照间手动切换产品以及上电加载，试验效率低下，同时对试验人员身体也造成一定的危害。

 

发明内容

本发明为解决上述现有技术存在的不足，提供一种DC/DC变换器单粒子效应试验的自动化测试系统，以提高DC/DC变换器单粒子效应试验效率，同时实现数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、参数实时显示、数据回放。

本发明的DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试系统，包括程控电源、连接DC/DC变换器且用于对试验电参数信号进行接收调理的信号控制接线盒、与电参数信号控制接线盒相连接的PXI集成采集控制单元、与PXI集成采集控制单元相连接的上位PC机、以及用于监控电参数信号并对电参数信号进行分析处理的LabVIEW测试软件。

所述PXI集成采集控制单元包括PXI控制卡、PXI采集卡和PXI实时控制器，所述PXI控制卡通过PXI总线连接程控电源，所述PXI采集卡通过PXI总线连接信号控制接线盒。

所述DC/DC变换器上设有USB测温模块。

所述测温模块连接到PXI集成采集控制单元。

所述PXI集成采集控制单元通过PXI总线连接电子负载。

所述LabVIEW测试软件包括数据的测量显示单元、对数据进行分析处理的计算单元、控制单元、与上位PC机进行数据传递的通讯软件单元。

所述计算单元包括对DC/DC变换器测试时电参数跳变次数、跳变脉宽以及跳变幅度的计算。

所述控制单元包括对DC/DC变换器测试时产品加载、产品片选的控制以及对程控电源和电子负载的控制。

本发明的DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试方法，包括下述步骤：

1）.试验前产品的全参数及功能测试，开冒后，被试产品在进行一次功能测试，连接好产品夹具及真空测试盒，初始化测试系统；

2）. 测试系统的安装调试，关闭辐照间门后，复验一次测试系统，配置数据采集参数（采样、阈值设定、存储路径）；

3）.根据试验条件要求调谐束流，确保注量率、均匀性及光斑条件满足要求，通过测试界面上的按钮片选一只产品，并通过自动加载按钮给产品上电，开始辐照；

4）.运行测试系统，监测产品输出电参数，实时记录发生的试验现象，在辐照期间，被监测器件输出电压超出其设定阈值范围时，则记录相关脉冲产生的次数和宽度，当脉冲宽度明显大于正常纹波宽度，则记录一次单粒子瞬态SET。当电流超过预设最大值时，记录一次单粒子锁定SEL，当发生输出电压异常，但电流未明显增大，且被试器件不重启，无法恢复正常，则记录一次单粒子功能终止SEFI，当发生输出电压值跌至零附近，且被试器件重启，仍无法恢复正常，则记录一次单粒子烧毁SEB，当发生SEB或者注量达到试验规定的要求时，停止试验，完成第一块产品的第一种离子辐照试验；

5）.按照上述方法，进行第2块至第N块产品顺序依次进行自动上电加载，监测每块产品的输出电参数，直到N只样品试验完成后，结束第一轮第一种重离子试验，切换重离子种类，然后进行第二轮试验第二种重离子，以此类推完成试验规定的所有离子辐照试验；

6）.结束试验，对试验数据统计分析，按照线性能量传输值的大小，分别统计各试验样品发生SET、SEL、SEFI的次数及对应重离子的注量，绘制单粒子效应界面与线性能量传输值关系图。

本发明的整个测试装置系统采用先进的PXI工业计算机总线和模块化的硬件设备。系统硬件包含两部分功能模块：采集单元、控制单元。采集单元由实时采样率高达60MS/s的PXI总线模块化设备构成实时数据采集系统，控制单元是利用PXI继电器卡控制信号控制接线盒来实现自动片选产品、自动加载。同时，采用PXI实时控制器通过千兆以太网接口与远程上位计算机通讯。软件部分采用LabVIEW作为编程工具，针对DC/DC变换器单粒子效应试验，开发一套单粒子效应试验自动化测试软件，系统软件由通讯软件单元、控制软件单元、测量显示单元、计算单元组成，实时读取DC/DC变换器单粒子效应试验数据并进行分析、处理，测试软件提供友好的人机界面以及各模块化子控制界面，方便地实现试验测试产品的数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、试验参数设定、参数实时显示、温度监测、数据回放功能。

试验开始前，将先将产品装夹在DC/DC变换器夹具上，连接好程控电源，同时将电子负载与信号控制接线盒连接。开启电源后，试样产品开始工作，产品输出的模拟电压通过信号调理后，送往PXI采集卡及便携式集成采集控制设备，实现了电参数的高速采集。通过DC/DC变换器单粒子试验开发的自动测试软件，启动、复位、配置测试系统，在软件测量主界面上实时显示采集的电参数变化、实时计算电参数跳变的次数、实时计算电参数跳变的脉宽、实时计算电参数跳变的幅度。通过上位PC机远程访问便携集成采集控制设备实现实时在线检测、记录、分析、监测DC/DC变换器单粒子效应试验全过程。为了提高试验效率，同时方便试验人员操作控制产品加载，测试系统通过控制卡智能控制继电器开关实现单粒子效应试验过程的产品加载自动切换，同时设置不同颜色的信号灯，来显示对应继电器开关的通断情况，在不需要破坏真空环境及开启样品靶室的情况下实现数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、试验参数设定、参数实时显示、温度监测、数据回放功能。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.利用本发明DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试装置及测试方法可以实现DC/DC变换器单粒子效应试验数据全自动化测试，此装置集实现数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、试验参数设定、采集实时显示、数据回放功能于一体。

2.本发明可以大大提高DC/DC变换器单粒子试验效率，同时避免了试验人员在试验中途多次进入辐照间，并由此对试验人员身体造成的危害。

 

附图说明

图1是本发明的测试系统结构图；

图2是本发明的labvIEW软件的控制原理图；

图3是本发明的测试流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更进一步说明。

如图1所示，本发明的DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试系统，包括程控电源、连接DC/DC变换器且用于对试验电参数信号进行接收调理的信号控制接线盒、与电参数信号控制接线盒相连接的PXI集成采集控制单元、与PXI集成采集控制单元相连接的上位PC机、以及用于监控电参数信号并对电参数信号进行分析处理的LabVIEW测试软件；PXI集成采集控制单元包括PXI控制卡、PXI采集卡和PXI实时控制器，所述PXI控制卡通过PXI总线连接程控电源，所述PXI采集卡通过PXI总线连接信号控制接线盒；DC/DC变换器上设有USB测温模块；测温模块连接到PXI集成采集控制单元；PXI集成采集控制单元通过PXI总线连接电子负载；LabVIEW测试软件包括数据的测量显示单元、对数据进行分析处理的计算单元、控制单元、与上位PC机进行数据传递的通讯软件单元；计算单元包括对DC/DC变换器测试时电参数跳变次数、跳变脉宽以及跳变幅度的计算；控制单元包括对DC/DC变换器测试时产品加载、产品片选的控制以及对程控电源和电子负载的控制。

在图1中，整个测试装置采用先进的PXI工业计算机总线和模块化的硬件设备。系统硬件包含两部分功能模块：采集单元、控制单元。采集单元由实时采样率高达60MS/s的PXI总线模块化设备构成实时数据采集系统，控制单元是利用PXI继电器卡控制信号控制接线盒来实现自动片选产品、自动加载。同时，采用PXI实时控制器通过千兆以太网接口与远程上位计算机通信。整个自动化测试系统硬件由NI PXI总线测试设备组成。用NI PXI-5105来采集DC/DC变换器的数据；用PXI-6515控制卡控制信号控制接线盒来实现产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定；用NI USB-9211来监测温度； 用PXI-8109控制本地系统和远程计算机；便携集成采集控制平台采用PXI-1042Q。同时，基于NILabVIEW 2010软件来开发一套单粒子效应试验自动化测试软件。系统软件部分采用LabVIEW作为编程工具，针对DC/DC变换器单粒子效应试验，开发一套单粒子效应试验自动化测试软件，该系统软件由通讯软件单元、控制软件单元、测量显示单元、计算单元组成，实时读取DC/DC变换器单粒子效应试验数据并进行分析、处理，测试软件提供友好的人机界面以及各模块化子控制界面，方便地实现试验测试产品的数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、试验参数设定、参数实时显示、温度监测、数据回放功能。该软件的控制原理流程如图2所示：试验前，先将DC/DC变换器装夹在DC/DC变换器夹具上，连接好程控电源，同时将电子负载与信号控制接线盒连接。开启电源后，试样产品开始工作，产品输出的电参数通过信号调理后，送往PXI采集卡及便携式集成采集控制设备，实现了电参数的高速采集。通过DC/DC变换器单粒子试验开发的自动测试软件，启动、复位、配置测试系统，在软件测量主界面上实时显示采集的电参数变化、实时计算电参数跳变的次数、实时计算电参数跳变的脉宽、实时计算电参数跳变的幅度。通过上位PC机远程访问便携集成采集控制设备实现实时在线检测、记录、分析、监测DC/DC变换器单粒子效应试验全过程。为了提高试验效率，同时方便试验人员操作控制产品加载，测试系统通过控制卡智能控制继电器开关实现单粒子效应试验过程的产品加载自动切换，同时设置不同颜色的信号灯，来显示对应继电器开关的通断情况，在不需要破坏真空环境及开启样品靶室的情况下实现数据自动高速采集、产品自动片选、产品自动加载、自动电源设定、试验参数设定、参数实时显示、温度监测、数据回放功能。

如图3所示，本发明的DC/DC变换器单粒子效应试验自动化测试方法，包括下述步骤：

1）.试验前产品的全参数及功能测试，开冒后，被试产品在进行一次功能测试，连接好产品夹具及真空测试盒，初始化测试系统；

2）. 测试系统的安装调试，关闭辐照间门后，复验一次测试系统，配置数据采集参数（采样、阈值设定、存储路径）；

3）.根据试验条件要求调谐束流，确保注量率、均匀性及光斑条件满足要求，通过测试界面上的按钮片选一只产品，并通过自动加载按钮给产品上电，开始辐照；

4）.运行测试系统，监测产品输出电参数，实时记录发生的试验现象，在辐照期间，被监测器件输出电压超出其设定阈值范围时，则记录相关脉冲产生的次数和宽度，当脉冲宽度明显大于正常纹波宽度，则记录一次单粒子瞬态SET。当电流超过预设最大值时，记录一次单粒子锁定SEL，当发生输出电压异常，但电流未明显增大，且被试器件不重启，无法恢复正常，则记录一次单粒子功能终止SEFI，当发生输出电压值跌至零附近，且被试器件重启，仍无法恢复正常，则记录一次单粒子烧毁SEB，当发生SEB或者注量达到试验规定的要求时，停止试验，完成第一块产品的第一种离子辐照试验；

5）.按照上述方法，进行第2块至第N块产品顺序依次进行自动上电加载，监测每块产品的输出电参数，直到N只样品试验完成后，结束第一轮第一种重离子试验，切换重离子种类，然后进行第二轮试验第二种重离子，以此类推完成试验规定的所有离子辐照试验；

6）.结束试验，对试验数据统计分析，按照线性能量传输值的大小，分别统计各试验样品发生SET、SEL、SEFI的次数及对应重离子的注量，绘制单粒子效应界面与线性能量传输值关系图。

在DC/DC变换器单粒子效应试验中利用发明的装置系统进行DC/DC变换器单粒子效应试验，装置记录试验过程发生异常现象的全部数据，同时，单次单粒子试验调试时间由原来的6小时缩短为2小时，试验调试效率提高了3倍。因为试验过程切换所有试验产品均以实现了自动化，试验中途不需要破坏真空环境及开启样品靶室，此外，所有产品的加载、电源设定及开关电均是自动控制无需人工设置，使试验束流效率提高了20%，同时，避免了试验人员在试验中途多次进入辐照间，并由此对试验人员身体造成的危害。