楊豔明 孫薊沙 曹磊 陸雲雲 
（北京中科泛華測控技術有限公司，北京 100083 ） 
摘要： 衛(wei)星(xing)電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)器(qi)作(zuo)為(wei)衛(wei)星(xing)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)部(bu)件(jian)
，在(zai)衛(wei)星(xing)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)中(zhong)起(qi)著(zhe)舉(ju)足(zu)輕(qing)重(zhong)的(de)作(zuo)用(yong)，需(xu)要(yao)對(dui)電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)各(ge)項(xiang)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)詳(xiang)細(xi)測(ce)試(shi)。傳(chuan)統(tong)的(de)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)往(wang)往(wang)存(cun)在(zai)測(ce)試(shi)功(gong)能(neng)針(zhen)對(dui)性(xing)太(tai)強(qiang)、擴展性差以及測試人員操作繁瑣、gongzuoliangdadengquedian。benwentichulejiyurouxingceshidetongyongweixingdianyuanbianhuanqiceshijishu，chanshuleqijibendeceshiyuanliyijijutiruanyingjianshixianfangfa，wanchenglekekuozhanduoxinghaodianyuanbianhuanqidanban/整機的單項以及自動測試，並且可用於環境試驗測試以及仿真測試，擁有通用性、擴展性強、功能全麵
、智能化程序高等特點。 
關鍵詞：衛星電源變換器；柔性測試技術
；模塊化 
中圖分類號：TP274  文獻標識碼：A

 Design and Implementation on General Testing Equipment of Satellite Power Voltage Convertor Based on Flexible Technology

Yang Yanming，Sun Jisha，Cao Lei，Lu Yunyun
（Beijing Zhong Ke Fan Hua Measurement &Control Technology Co., Ltd.）
(Beijing Zhong Ke Fan Hua Measurement & Control Technology Co., Ltd. (Pansino Ltd.) Beijing, 100083, China)
Abstract: The satellite power voltage convertor has been important in satellite power system, which needs to be measured according to its lots of parameters. The traditional test system has some disadvantages of high pertinence, bad compatibility and too much working load. The general testing technology of satellite power voltage convertor is mentioned based on flexible testing technology. Its testing scheme and measurement is introduced including the hardware and software. Single boards and combination are tested in “one step” and automatic methods, which can also be applied in environment and simulation conditions. This testing system has the advantages of generality, extensibility and intelligence.
Key word: Satellite Power Voltage Convertor; Flexible Testing Technology; Modularization
0 引言 
衛星電源係統由電源
、電源控製設備、電源變換器
、電源配電與電纜網等四部分組成。由於衛星上各種電器
、dianzishebeixuyaogezhongbutongdezhiliudianhuozhejiaoliudian，erweixingdianyuanyibanzhinengtigongyizhonghuozhejizhongdianyadezhiliudian
，wufamanzuyongdianshebeidegongdianyaoqiu，yincidianyuanxitongxushezhizhiliu——直流變換器（DC/DC變換器）


，直流——交流（DC/AC變換器）等[1][2]。duoshuyongdianshebeibuyoudianyuanmuxianzhijiegongdian，erjingdianyuanbianhuanqibianhuanhougongdian，dianyuanbianhuanqijuyoudianyuangelihebaohugongneng，yidanfuzaiguozaihuozheduanlu，takeduidianyuanshishiguoliubaohuhuoduanlubaohu，dangdianyuanbianhuanqishuchudianyachaoguoguidingfanwei，takeshishiguoyahuozheqianyabaohu。
由於電源變換器在衛星母線與星上供電設備之間起到中間轉換作用
，電源變換器的性

nengyouliezhijieyingxiangdaoxingshangshebeidezhengchanggongzuoyuanquan，yinciduidianyuanbianhuanqideceshixiandeyouweizhongyao。ermuqiandedianyuanbianhuanqiceshixitongcunzaiyixiajigequedian：

1. 通用性
   、擴展性差

目mu前qian衛wei星xing電dian源yuan變bian換huan器qi的de測ce試shi設she備bei針zhen對dui性xing很hen強qiang，不bu同tong的de單dan板ban以yi及ji組zu裝zhuang後hou的de整zheng機ji變bian換huan板ban測ce試shi設she備bei繁fan多duo

，因yin此ci對dui於yu新xin的de電dian源yuan變bian換huan器qi，以yi往wang的de測ce試shi設she備bei功gong能neng擴kuo展zhan性xing差cha[3]；

1. 設備總線資源有限

以往的測試設備由於總線和資源上的限製，在設計時通常采取定製方式，如控製指令的幅度、脈mai寬kuan大da多duo是shi針zhen對dui某mou特te定ding類lei型xing的de變bian換huan器qi，且qie數shu量liang有you限xian，在zai電dian源yuan變bian換huan器qi升sheng級ji或huo者zhe功gong能neng增zeng加jia的de情qing況kuang下xia
，測ce試shi設she備bei往wang往wang需xu要yao重zhong新xin添tian加jia硬ying件jian或huo者zhe軟ruan件jian資zi源yuan；

1. 測試智能化程度低

guoqudedianyuanbianhuanqiceshiguochengzhong，gengduodeyilaicaozuorenyuan
，ruanzhaoceshixiangrengongshoudongceshi，caozuorenyuanxuzhenglidianyuanbianhuanqibutongdanbanhezhengjideduogeceshibaogao
，youqiduiyuzhengjiceshi
，duodajishigedeceshixiangrangcaozuorenyuanjinglihaofeijuda，qiexiaolvdixia，zengjialeyouyuwucaozuodaozhibianhuanqifashengguzhangdejilv。
柔rou性xing測ce試shi技ji術shu是shi以yi測ce試shi測ce量liang係xi統tong的de整zheng體ti功gong能neng及ji性xing能neng為wei關guan注zhu對dui象xiang，對dui滿man足zu測ce試shi測ce量liang係xi統tong需xu求qiu的de方fang法fa和he手shou段duan進jin行xing研yan究jiu及ji開kai發fa的de技ji術shu。它ta以yi虛xu擬ni儀yi器qi技ji術shu為wei核he心xin
，融rong合he了le測ce試shi測ce量liang、機電一體化


、網絡通信及軟件等多種技術；以測試係統的精確性、可靠性、適應性

、靈活性和拓展性為研究目標；既麵向應用，又專注於測試行業的發展
，推動著現代測試技術在實際應用中的快速發展。
weici，benweitichuleyizhongjiyurouxingceshidetongyongweixingdianyuanbianhuanqiceshijishu
，keyimibuyiwangbiandianyuanbianhuanqiceshishebeidebuzu，shideceshiyiqiyongyoutongyongxingqiang
、功能全麵


、智能化程度高的特點。
1 係統整體方案設計 
基於柔性測試技術的通用衛星電源變換器測試係統整體方案設計如下圖所示：

圖 1 係統整體方案設計原理

整個測試係統的核心是測試箱，外圍設備包括一次電源、電子負載
、示波器等都基於GPIB接jie口kou與yu測ce試shi箱xiang通tong信xin
，電dian源yuan變bian換huan器qi包bao括kuo多duo種zhong變bian換huan器qi單dan板ban和he整zheng機ji，通tong過guo不bu同tong的de單dan板ban電dian纜lan和he整zheng機ji電dian纜lan與yu測ce試shi箱xiang連lian接jie。另ling外wai展zhan開kai箱xiang用yong來lai對dui電dian源yuan變bian換huan器qi與yu測ce試shi箱xiang之zhi間jian的de信xin號hao進jin行xing展zhan開kai，由you撥bo動dong開kai關guan控kong製zhi，方fang便bian對dui於yu某mou些xie關guan鍵jian信xin號hao進jin行xing實shi時shi測ce量liang以yi及ji故gu障zhang判pan斷duan。
2 測試箱硬件組成 
2.1  PXI總線測試平台 
由於測試箱是整個測試係統的核心
，因此需對測試箱的設計做詳細說明[4]。由圖1可以看出測試箱的核心是基於PXI總線的測試平台。該平台由PXI插箱、PXI控製器、3塊多功能數據采集卡、1塊數字輸出板卡和1塊PXI-GPI B模塊組成。PXI各個模塊與控製器通過一個8槽的PXI總線背板連接

，所有數據交互均通過PXI總線傳輸。
在PXI測試平台中，控製器用來運行Windows操作係統，控製PXI模塊與總線的數據交互，圖1中標識DAQ模塊1
、DAQ模塊2、DAQ模塊3表示采用了3塊PXI采集板卡，用來完成電源變換板單板或者整機所有非功率信號的測試，主要包括模擬遙測

、數字遙測以及DC/DC電壓監控。每塊PXI采集模塊擁有16個采集通道
，考慮到可以兼容其他型號衛星電源變換器的測試，在設計時對PXI采集模塊資源做了整體規劃和預留。PXI總線模塊化、通用性的特點也使得PXI測試平台在硬件資源擴展上更加方便快捷
，隻需要在PXI背板上插入新的模塊即可，不需要增加額外硬件或者驅動級的設計。
PXI數字輸出模塊用來向變換器單板或者整機提供控製指令
，0~200ms之內控製指令脈寬可設，步長1ms
，由於在測試箱內設計了指令電源模塊
，因此指令的幅度也可以在0~30V之內任意設定，滿足對指令幅度和脈寬的多種要求。PXI-GPIB模塊通過GPIB儀器總線控製一次電源、電子負載等外圍設備，能夠滿足多種不同外部設備與測試箱的互連。
同時，由於不同的衛星電源變換板需要的激勵不同

，因此在測試箱內也設計了模擬電源模塊。如編號為1,2,3,4的4塊電源變換板組成了某衛星的整體電源變換器，且模塊之間有信號及供電聯係，當對其中編號為1的電源變換板進行測試時，1號變換板需要3號變換板提供控製指令，需要4號變換板提供供電或者負載

，此時就需要測試箱能夠同時模擬4號板的電源或負載以及3號板的指令。通常模擬電源模塊包括模擬輸出為42V、28V以及12V等幾種電壓類型的DC/DC電源。
2.2  電阻負載插箱設計 
在衛星電源變換單板或者整機測試時，過流保護、短路保護、欠壓或者過壓都是非常重要的測試項

，考慮到測試設備能夠做環境試驗（長時間帶載）的因素，在測試箱內也設計了電阻負載插箱
，使得測試設備能夠在環境試驗的測試工況下長時間帶載測試。
電阻負載插箱根據電源變換器DC/DC輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)類(lei)型(xing)及(ji)通(tong)道(dao)的(de)不(bu)同(tong)
，在(zai)內(nei)部(bu)設(she)計(ji)了(le)多(duo)路(lu)負(fu)載(zai)，每(mei)路(lu)負(fu)載(zai)分(fen)多(duo)檔(dang)，便(bian)於(yu)在(zai)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)動(dong)態(tai)加(jia)載(zai)。當(dang)然(ran)，對(dui)變(bian)換(huan)板(ban)做(zuo)帶(dai)載(zai)測(ce)試(shi)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)連(lian)接(jie)外(wai)部(bu)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)，如(ru)Agilent N3300主機和N3305A模塊
，這樣在做變換器單板或者整機實驗時
，可以方便地切換到電子負載測試，使得測試設備擴展性更強，解決了環境試驗和單板/整機實驗時均依賴繁重的電子負載做測試的問題。某路兩檔電阻負載與電子負載切換原理設計如下圖所示：

圖 2 負載切換電路設計原理圖

由圖中可以看出
，該電路可以正常切換測試箱內電阻負載和外圍電子負載
，在使用電阻負載時可以高效地完成對於電源變換器空載、半載和滿載的測試。
2.3  係統測試接口 
guanyuceshijiekoubufenchuleputongdedianyaxinhaoceshiwai，haiyoudadianliudeceshi。cishishejishikaolvjiechajianshangzhendiandexianliudaxiao，caiyongduodianfenliudefangshilianjiefuzai，baozhenggonglvceshiguochenganquanzhunque。
測試箱外圍留有VGA接口，將內部PXI控製器上的VGA接口引出，連接外部顯示屏設備。同時，測試箱麵板也留有USB接口，用來連接鼠標鍵盤等，方便操作。考慮到電源變換器測試過程中需要觀測一次電經過DC/DC變換後帶載不同情況下的紋波

，在測試箱上也設計了多組BNC接口，方便示波器探頭的連接。
3 軟件設計 
3.1  軟件設計框架 
係統軟件開發平台選擇labVIEW，它的優勢在於可以和基於PXI總線的各硬件模塊無縫連接
，軟件設計人員不需要對PXI各模塊的驅動有深入了解，在開發過程中利用labVIEW提供的API即可進行程序開發，極大地提高了係統軟件開發效率[5]。衛星電源變換器測試係統軟件框架設計如下圖所示：

圖 3 係統軟件開發框架設計

考慮衛星電源變換器測試設備的通用性，除了硬件上采用了基於模塊化設計的PXI總線平台之外，軟件設計時同樣依據模塊化、序列性測試設計原則進行軟件功能劃分，分為電源變換器單板、整機、環境測試以及仿真測試四部分。
3.2  測試項配置

軟件設計基於測試項編寫不同的測試序列，實現上通過ini配置文件方便操作人員實時添加測試項
，無需了解labVIEW編程平台即可迅速完成其他型號單板/整機測試項功能的添加，軟件上實現了較強的通用性和擴展性，且易於操作。
軟件配置項界麵如下圖所示：

圖 4 係統軟件測試項界配置界麵

在該測試界麵，可以靈活地在.inipeizhiwenjianzhongbianjiceshixiang
，zhihougenjubuyongdeceshiduixiangxuanzexiangyingdeceshixiang
，zuchengceshixiangxulie
，lingwaiyekedingyiceshixiangkaishijijieshutiaojian
，yibiankongzhiceshixulieliucheng。
3.3  軟件單步及自動測試 
係統軟件除了可以完成電源變換器多種單板及整機單項測試外，還完成了整機及環境試驗下的自動測試功能
，解決了諸如過流保護、短路保護等以往測試設備人工操作較為危險、所需外圍設備繁多、操作複雜等棘手問題，並且整機的測試時間大幅縮短，相比之前效率提到了幾十倍，智能化程度得到了較大的提高。
係統軟件自動測試界麵如下圖所示：

圖 5 係統自動測試界麵

在zai軟ruan件jian自zi動dong測ce試shi界jie麵mian
，可ke以yi看kan到dao對dui於yu操cao作zuo人ren員yuan選xuan中zhong的de多duo個ge測ce試shi項xiang組zu成cheng的de測ce試shi序xu列lie，軟ruan件jian可ke以yi自zi動dong控kong製zhi各ge測ce試shi項xiang關guan聯lian的de硬ying件jian操cao作zuo
，從cong而er按an照zhao選xuan定ding的de順shun序xu完wan成cheng自zi動dong測ce試shi，中zhong間jian測ce試shi過guo程cheng無wu需xu操cao作zuo人ren員yuan幹gan預yu。
3.4  軟件報表設計 
係統軟件設計了完善的報表功能，對於單板或者整機測試時所有的測試項均設計了基於模版的報表子項，可以動態靈活地設置諸如欠壓
、過壓切換臨界電壓值

、過流、短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)閾(yu)值(zhi)等(deng)
，待(dai)某(mou)些(xie)實(shi)驗(yan)完(wan)成(cheng)後(hou)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)自(zi)定(ding)義(yi)選(xuan)擇(ze)報(bao)表(biao)子(zi)項(xiang)
，最(zui)後(hou)生(sheng)成(cheng)一(yi)份(fen)滿(man)足(zu)某(mou)項(xiang)實(shi)驗(yan)的(de)測(ce)試(shi)報(bao)告(gao)
，無(wu)需(xu)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)做(zuo)任(ren)何(he)改(gai)動(dong)或(huo)者(zhe)添(tian)加(jia)即(ji)可(ke)作(zuo)為(wei)報(bao)告(gao)歸(gui)檔(dang)，實(shi)現(xian)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)到(dao)報(bao)表(biao)生(sheng)成(cheng)的(de)無(wu)間(jian)斷(duan)操(cao)作(zuo)，極(ji)大(da)地(di)減(jian)小(xiao)了(le)以(yi)往(wang)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)實(shi)時(shi)記(ji)錄(lu)、表格整合
、數據歸類等繁雜操作的工作量，進一步提高了電源變換器的測試效率。
4 係統技術難點實現 
衛(wei)星(xing)電(dian)源(yuan)變(bian)換(huan)器(qi)測(ce)試(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)，欠(qian)壓(ya)切(qie)換(huan)過(guo)程(cheng)的(de)捕(bu)獲(huo)難(nan)度(du)較(jiao)大(da)，主(zhu)要(yao)是(shi)以(yi)往(wang)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)在(zai)總(zong)線(xian)數(shu)據(ju)帶(dai)寬(kuan)上(shang)有(you)所(suo)限(xian)製(zhi)，無(wu)法(fa)達(da)到(dao)較(jiao)大(da)的(de)數(shu)據(ju)吞(tun)吐(tu)量(liang)。本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)的(de)基(ji)於(yu)PXI總線的測試平台可以實現每個遙測采集通道幾十KS/s的采樣率，並進行實時數據處理和顯示，能夠很好地對衛星電源變換器DC/DC欠壓過程進行測試和監控。
另ling外wai由you於yu星xing上shang用yong電dian設she備bei的de特te殊shu性xing導dao致zhi衛wei星xing電dian源yuan變bian換huan器qi的de遙yao測ce輸shu出chu也ye較jiao為wei特te殊shu
，通tong常chang情qing況kuang下xia輸shu出chu阻zu抗kang較jiao高gao
，因yin此ci實shi際ji測ce試shi設she備bei設she計ji過guo程cheng中zhong在zai信xin號hao調tiao理li部bu分fen設she計ji了le阻zu抗kang匹pi配pei電dian路lu
，利li用yong反fan向xiang運yun算suan放fang大da電dian路lu高gao輸shu入ru阻zu抗kang、低輸出阻抗的特性，解決了由於遙測信號輸出阻抗高帶來的高采樣率下精度下降的問題。反向運放電路原理如下圖所示：

圖 6 反向運算放大電路原理圖

由於在測試箱內設計了電阻負載，因此測試箱整個係統的散熱也是設計難點
，良好的散熱通道設計
、多個強力風扇的機械裝配設計都是保證測試箱氣流順暢流通的重要手段。另外測試箱內裝配的模塊較多
，包括PXI總線測試平台
、模mo擬ni電dian源yuan模mo塊kuai以yi及ji電dian阻zu負fu載zai等deng
，因yin此ci測ce試shi箱xiang內nei的de電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti也ye需xu要yao考kao慮lv
，對dui模mo擬ni電dian源yuan模mo塊kuai進jin行xing電dian磁ci屏ping蔽bi封feng裝zhuang盒he設she計ji
，整zheng個ge測ce試shi箱xiang選xuan擇ze屏ping蔽bi箱xiang，同tong時shi在zai信xin號hao調tiao理li部bu分fen對dui關guan鍵jian信xin號hao進jin行xing濾lv波bo處chu理li，測ce試shi箱xiang內nei合he理li布bu局ju、布線等措施在實際測試中效果較好。
5 總結 
綜上所述
，本文提出的基於柔性測試的通用衛星電源變換器測試技術側重於模塊化設計，配合其他的外圍模塊

，如DC/DC模擬電源
、電阻負載及儀器即可搭建功能全麵的衛星電源變換器測試係統
；同時測試係統較大的總線帶寬

、良好的機械特性也提高了測試設備的可靠性及穩定性。另外基於labVIEW平台開發的係統軟件
，以模塊化
、序列性測試的軟件框架實現了衛星電源變換器多種單板及整機型號的測試需求，智能化程度高，易於操作及擴展。
目前基於柔性測試技術的衛星電源變換器測試設備已投入實際使用中，運行良好。
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