某型燈光告警信號電源組件自動測試和診斷系統研究

曾壘，楊彬彬，王宏宇

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

燈光告警信號電源組件是某型飛機燈光告警系統信號組件的供電核心部件，燈光告警系統通過采集飛機各種級別告警信號，綜合處理并按優先級次序輸出，控制并點亮所有危險級和影響飛行安全的告警燈。該電源組件為整個系統的信號處理部件和告警指示燈提供電源，電源組件多次出現故障導致部分告警指示燈微閃，飛機燈光告警正常與否，直接影響飛機任務完成和飛機的安全。因此，亟需設計一套電源組件的自動測試與診斷系統對產品功能、性能及故障情況等進行檢測。本文設計的基于ATE平臺的集成自動測試和診斷系統，支持對燈光告警信號電源組件的產品功能和性能指標進行檢測，能夠支持輸出電壓精度檢測、源效應檢測、負載效應檢測、輸出紋波測試以及效率測試等。該測試與診斷系統具有人機交互功能接口，且滿足產品功能及性能測試要求，對恢復產品正常工作狀態，提高產品的使用可靠性，具有重要意義。

1 測試系統需求分析

燈光告警信號系統電源組件主要功能是將輸入直流匯流條供電轉換為3路同步調節電壓，分別為控制組件和告警燈供電。該燈光告警信號系統電源組件交聯圖如圖1所示，由輸出調節模塊、電源變換模塊以及通道輸出保護模塊組成。輸出調節模塊的主要功能是將其他系統的電源調整信號以及輸出電壓反饋信號綜合處理后，產生電壓調節信號，該信號分別作用于三個大功率電源變換模塊，同步調節三路輸出電壓。電源變換模塊的主要功能是實現DC/DC功率變換。通道輸出保護模塊通過整合三路電源輸出，產生反饋信號作用于輸出調節模塊，并通過RL并聯電路將三組輸出之間相互連接，互為熱備份。一旦某一路失效無輸出或輸出電壓偏低，另外兩個通道將通過RL電路為失效通道供電，保證系統工作。

圖1 電源組件交聯圖

根據產品的工作原理，結合產品技術規范要求，基于ATE平臺的集成自動測試與診斷系統應具備通用化、模塊化的設計特點，支持電源組件各項性能檢測，并且可以快速定位故障。因此，測試系統需要達到如上測試指標要求，應具有以下7種硬件資源：

（1）電源輸入：16～35V 5A可調直流穩壓電源，作為被測組件的主電源供電。

（2）微調電源：0～10V 0.5A可調直流穩壓電源，用于模擬外部調節輸入。

（3）程控電子負載：額定電壓20V，單通道100W 3路，模擬被測組件的負載能力。

（4）電壓采集：6位半萬用表，采集輸出電壓。

（5）輸出參數分析：示波器，采集輸出電壓波形。

（6）程控開關：8×8矩陣開關、大功率程控開關，通道切換和輸入輸出控制。

（7）串口：1路RS232串行通訊，為數據采集與ID識別等電路提供通訊功能。

2 測試設備硬件設計

2.1 ATE平臺簡介

ATE（Automatic Test Equipment）自動檢測設備，是為各種設備提供通用測試資源的測試平臺。硬件平臺由主控計算機、PXI總線儀器組合、VXI總線儀器組合、LXI、GPIB總線臺式儀器、供電電源組合、電控組合、通道擴展組合、公共測試信號接口及通用測試適配器、自檢適配器等分系統構成，采用公共信號接口作為測試資源集中輸出的環境，實現測試系統與被測組件測試信號的交互適配，形成儀器資源與被測對象連接通路。軟件測試接口，以多種形式的開放式呈現，包括程序人機交互方式、硬件資源的使用方式、數據的存儲方式、測試報告輸出等。

2.2 總體設計

測試設備基于已有的ATE綜合硬件自動測試平臺開發，由被測產品、測試專用電纜、專用適配器、TPS程序集組成。其中測試專用電纜用于被測產品與專用適配器的電氣連接，專用適配器負責整合ATE平臺上的硬件資源，將ATE自動測試平臺的硬件資源引出至專用適配器。

2.3 測試硬件

根據電源組件總體設計需求，測試硬件主要由ATE平臺提供，包括電源系統（含多個模塊）、電子負載、測控計算機、示波器、萬用變、控制開關等組成。

（1）電源。電源主機箱為Agilent的N6702A，模塊選擇N6743B、N6774A，主要技術指標：四個通道，其中2通道：20V，5A，100W；2通道：35V，8.5A，300W；使用LAN方式程控。

（2）電子負載。程控電阻負載為AMETEK公司SLM系列直流負載。技術指標：共四個通道；負載模式包含：電阻、電流、電壓、功率；最大輸入電壓：60V、最大輸入電流：30A、功率不小于150W；使用GPIB方式程控。

（3）采集儀器。采集儀器主要為萬用表和示波器，萬用表為Agilent的34410A臺式儀器，可測量DC/AC電壓、DC/AC電流、電阻、頻率/周期、電容、溫度、連續性、二極管測試等；精度：6.5位；其中DC/AC電壓測量范圍：100mV～1000V/100mVac～750Vac。

示波器為Agilent的MSO7054B臺式儀器，主要技術指標：4模擬通道；16邏輯通道數；帶寬：500MHz；最大采樣頻率：4GHz。

（4）控制開關。大功率控制開關使用航天測控的VXI程控AMC2616板卡，128通道數，導通電阻：≤1.5Ω；最大允許通過電流：1.5A；矩陣開關使用航天測控的VXI模塊AMC2623D板卡，矩陣規模：2W（線）8×32；最大開關功率：30W；最大開關電壓：150V，150Vrms。

（5）串口卡。多功能串口卡為航天測控的PXI總線多串口通訊模塊AMC5214B，16通道，適合通用異步串行通訊協議（可選擇RS232/RS422/RS485標準的驅動電路），波特率不大于921.6Kbps。

2.4 測試適配器

電源組件專用測試適配器主要包括ID識別電路、電源輸出調節電路、電壓監控模塊、輸入輸出控制與切換控制模塊、接口電氣互聯模塊等。系統框圖如圖2所示。

圖2 測試系統框圖

硬件適配器ID識別電路具有硬件身份識別功能，保證在ATE測試軟件中能夠識別專用適配器?；ヂ撾娐穼⑾嚓P儀器、板卡資源進行互聯。矩陣開關根據測試需要將輸入和輸出接口與萬用表、示波器等測試儀器互聯；程控開關根據測試需求，采用多路并用模式，控制大功率電路的通斷切換。

狀態監控模塊以AVR單片機為主體，具有輸出電壓超出范圍時報警，讀取ID數據以及上傳功能。該狀態監控模塊采用LCD液晶屏實時顯示3組輸出的電壓以及部分狀態量；采用RS232串口實時上傳相關數據。該狀態監控模塊為參數調節、組件故障定位和維修時帶來極大的便捷。

3 軟件設計

本測試平臺能夠滿足某型飛機機載無線電導航設備性能測試，以此形成產品的測試和故障排查能力，保證飛機機載無線電導航設備的修理質量，提升工廠飛機修理產量和經濟效益。另外平臺既可手動操作，也可自動操作導航模擬，為后期新型產品的開發測試提供模擬平臺，設備資源從而進一步得到充分利用。

3.1 設計思路

基于Windows7操作系統和VC++編程環境，為系統設計軟件平臺，可完成電源組件的功能測試故障診斷功能，具備人機界面友好、圖形化的開發界面、開發速度快的優點。軟件平臺總體結構劃分為：硬件驅動、手動測試、自動測試、測試數據報表生產四大部分，其軟件功能框圖如圖3所示。

圖3 軟件功能框圖

4 驗證

該電源組件常規測試項目包括輸出電壓精度測試、源效應測試、負載效應測試、輸出紋波測試、電源效率測試。針對此電源模塊的特點及技術規范要求，還需增加電源調節功能測試、狀態量測試、電源拉偏測試、電源輸出平衡性等專用測試項目。

4.1 電源調節功能測試

該模塊主要為驗證輸入電壓變化時，產品輸出穩定電壓的能力，并且輸出電壓偏離整定電壓的百分比符合技術規范。將全輸入范圍劃分為6個測試輸入電壓，分別測量對應的輸出電壓值，軟件可計算出相應的電壓調整率。

4.2 狀態量測試

該模塊主要驗證調節電壓變化時，產品多個中間狀態及輸出電壓的跟蹤調節能力。測試模塊設置調節電壓后，測試系統通過程控開關設置調整端電壓，同時采集多個狀態量及輸出電壓，驗證其跟蹤調節能力。

4.3 電源拉偏測試

該模塊主要為驗證在輸入欠壓或過壓的情況下，產品是否觸發欠壓或過壓保護。輸入電壓全范圍為（16V，32V），進入電源拉偏測試后，輸入電壓將設置為低于15.3V或高于32.5V，產品會自動觸發欠壓或過壓保護，斷開輸出連接。

4.4 電源輸出平衡性測試

該項為該型電源組件的測試關鍵點，主要為驗證三路負載不平衡時，產品輸出穩定電壓的能力，并且輸出電壓偏離整定電壓的百分比符合技術規范。

測試前需設置調節電壓和額定供電電壓。該項測試根據負載加載情況差異分為3組，每組測試時，僅需接通一路電子負載，其余兩路空載。電壓平均值可表示為：

式中，UA為A路輸出電壓，UB為B路輸出電壓，UC為C路輸出電壓，UAVR為三路9個電壓值的平均電壓。

任一路輸出電壓與平均電壓的差值可表示為：

式中，UX為任一路輸出電壓。當△UX大于設置的標準值時，則該路通道故障。

測試軟件主界面如圖4所示。

圖4 測試軟件主界面

實驗表明，通過自動測試模塊，實現對電源組件的自動測試與診斷，具有電源組件的電源調節、狀態量、電源拉偏和輸出平衡性等功能的自動測試與診斷能力。

5 結語

本文分析和設計了一種基于ATE通用測試平臺的某型飛機燈光告警信號電源組件自動測試和診斷系統。該系統采用ATE平臺硬件資源，并采用AVR單片搭建狀態監控模塊，具有電源調節功能測試、狀態量測試、電源拉偏測試和電源輸出平衡性測試等功能。測試結果表明，所設計的自動測試與診斷系統能夠滿足電源組件性能測試的測試要求，同時具有產品的故障排查功能。所設計的自動測試與診斷系統能夠保證飛機燈光告警系統的修理質量，提升工廠飛機修理產量和保障能力，具有一定的研究和實用價值。