一种直流稳压电源自动测试系统设计

1．引言

直流稳压电源被广泛的应用于电子产品生产线、实验室、工业控制和信息通讯等领域，其输出电压品质的好坏直接影响到整个系统的工作性能。在日常使用过程中。引起输出电压变化的最主要因素有两个：一是由上游输入电压的变化引起的；另一个是由输出电流的变化(由于负载变化)引起的。一般来说，稳压电源的没计首先要考虑输入电压和负载这两个因素．也就是说直流稳压电源稳定电压的能力首先要看输入电压的变化和负载变化引起的输出电压的变化被限制到多小的程度。衡量这个程度的指标一般被称作质量指标。
主要包括以下几个方面的参数：
(1)电压调整率SD；
(2)负载调整率St；
(3)输出电阻Ro；
(4)纹波系数y；
(5)恢复时间△t；
(6)峰值电压UP。

本文提出一种基于FPGA、高速A/D、D/A以及上位机软件组成的直流稳压电源自动测试系统设计方案，可以实现快速榆测直流稳压电源以上几方面的参数。在简要介绍系统的组成、功能、工作原理以及所用到的主要元器件的基础上．重点探讨了系统软硬件的实现方案。

2．系统功能和工作原理介绍

该系统的主要测试对象是额定输出电压最大为30V．额定输出电流最大为1OA的小功率直流稳压电源．系统设计严格按照有关国家标准进行。

2．1系统功能

该系统主要功能包括：
(1)对象功能测试：该系统能够提供被测电源正常工作的虚拟工作环境(包括输入电源和模拟负载)，并能在该环境下完成帮机测试；
(2)系统管理：该系统能根据测试要求自动生成测试程序并控制测试自动进行，最后自动给出测试报告：
(3)数据库管理：采用关系型数据库管理系统管理数据．由测试流程读取配置数据库的数据．配骨测试仪器．进行相应的测试，然后将测试结果保存到测试结果数据库当中：
(4)模拟显示：该系统具有交互图形显示界面，对测试程序生成、测试流程、测试过程中的提示信息以及产生的实时数据、测试结果等都能进行实时显示，并能提供报警信息。

2．2系统工作原理

该系统的工作原理是：上位机通过并行接口将配置数据送人数据采集转换和控制模块；该模块首先进行自检，若自检无误，系统将根据已经设置好的流程开始自动测试。同时实时采集被测电源的输出电压和电流，并将其转换成数字送量到上位机；测试完成后．上位机对测试数据进行分析、计算，自动生成测试报告．并建立被测电源的测试数据库。

3．系统硬件设计

直流稳压电源自动测试系统的结构框图如图1所示。系统由上位机、数据采集转换和控制模块、源电压调整装置以及模拟负载组成。

其中。上位机是系统的信息和任务调度中心，主要完成系统管理、测试程序生成、测试控制、测试结果分析等功能．并且能显示测试进程和测试结果。

3．1数据采集转换与控制模块

数据采集转换和控制模块图1喜流稳压电源自动测试系统结构框图主要由FPGA、CPLD以及其外围电路，A／D转换电路，D/A转换电路，信号调理电路和各种接口电路构成。该模块的系统构成框图如图2所示。

3．1．1 XC2S100-TQ144型FPGA芯片
Spartan-II系列XC2S100—TQ144型FPGA由美国Xilinx公司生产，它可以为用户提供良好的忭能、大量的逻辑资源和丰富的特性设置。它的内核电压为2．5V，逻辑门密度为100000系统门，用户IO数量为92个，支持200MHz以上的工作频率，内部结构主要由可配置逻辑模块(CLB)、用户可编程I/O(IOB)、BIockRAM、数字延迟锁相环(DLL)组成。

其中，CLB用于实现FPGA的绝大部分逻辑功能；1OB用于提供封装引脚与内部逻辑之问的接口；BIockRAM用于实现FPGA内部的随机存取，它可配置为RAM、双口RAM、FIFO等随机存储器；DLL用于提供灵活的时钟管理功能。

Spartan-II系列FPGA是基于RAM工艺的．在掉电后本身不能保存信息，需要一个外置存储芯片来保存其信息．可以选用一片XC95144XL型CPLD来代替成本较高的专用PROM，此外CPLD在这里还有电平转换功能。模块上电后．CPLD将配置数据载人到FPGA的内部静态存储单元里来完成对FPGA的定制，存储在这些单元的配置数据决定了FPGA里的逻辑功能和互联。