一种dc-dc电源模块的辐射效应测控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种DC-DC电源模块的辐射效应测控系统，在该系统中，同步信号收发单元连接于辐射单元和多通道采集存储控制单元之间，工作状态模拟单元包括程控电源模块和程控负载模块，多通道采集存储控制单元与程控电源模块的控制端口以及程控负载模块的控制端口相连；辐射单元的试验区域内放置DC-DC电源模块，DC-DC电源模块的输入端连接程控电源模块，DC-DC电源模块的输出端连接程控负载模块，多通道采集存储控制单元的各数据采集端口与DC-DC电源模块的需要监测的输入输出端口相连。本发明可实现多个参数高速并行采集和存储，还可以完整地捕捉到瞬态脉冲，实现多个DC/DC电源模块的切换接入测试。
【专利说明】—种DC-DC电源模块的辐射效应测控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间环境抗辐射试验【技术领域】，尤其涉及一种DC-DC (DirectCurrent-Direct Current,直流转直流)电源模块的福射效应测控系统。
【背景技术】
[0002]空间辐射环境中存在多种高能射线粒子，它们会对空间工作的卫星等各种航天器造成威胁，其中高能质子和重离子对空间环境中应用的微电子器件的辐射损伤很大，易引发单粒子效应，从而导致器件失效。DC-DC电源模块广泛应用于各种航天器，由于DC-DC电源模块受辐射损伤引发的单粒子效应，会造成航天器内部器件特性产生波动甚至烧毁，严重威胁航天器的在轨寿命和可靠性。
[0003]DC-DC电源模块的单粒子效应主要包括单粒子烧毁、单粒子锁定、单粒子功能中断和单粒子瞬态。当电流超过预设阈值，判定DC-DC电源模块发生单粒子锁定效应。当器件输出发生异常，且器件不重启无法恢复正常，判定器件发生单粒子功能中断效应。当DC-DC电源模块输出电压值跌至零附近，且被试器件重启仍无法恢复正常，判定DC-DC电源模块发生单粒子烧毁效应。
[0004]单粒子瞬态效应，表现为在电路输出端上产生瞬态脉冲。前期研究表明，瞬态脉冲的脉宽可达Ius量级。目前的DC-DC电源模块辐射效应测试系统，只能针对单个参数即单通道进行实时测试，且采样速率较低，无法完整地捕捉到瞬态脉冲，也无法实现多个参数的高速并行实时测试。
[0005]目前的DC-DC电源模块辐射效应测试系统，无法实现和辐射源进行同步。一般做法是先将数据采集装置通电，然后由人工打开辐射源开始轰击粒子，并记录发生的辐射效应。这种方法无法精确记录辐射效应发生的时刻，粒子开始轰击前记录到的采集数据无效且浪费了宝贵的存储资源。
[0006]目前的DC-DC电源模块辐射效应测试系统，当需进行多个DC/DC电源模块测试时，需要关闭辐射源并人工进入试验区域进行切换。
【发明内容】
[0007]鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统。
[0008]本发明提供一种DC-DC电源模块的辐射效应测控系统，包括:辐射单元、同步信号收发单元、多通道采集存储控制单元和工作状态模拟单元，其中，
[0009]同步信号收发单元连接于辐射单元和多通道采集存储控制单元之间，工作状态模拟单元包括程控电源模块和程控负载模块，多通道采集存储控制单元与程控电源模块的控制端口以及程控负载模块的控制端口相连；
[0010]辐射单元的试验区域内放置DC-DC电源模块，DC-DC电源模块的输入端连接程控电源模块，DC-DC电源模块的输出端连接程控负载模块，多通道采集存储控制单元的各数据采集端口与DC-DC电源模块的需要监测的输入输出端口相连。
[0011]进一步的，当DC-DC电源模块的数量为两个以上时，所述工作状态模拟单元还包括用于控制DC-DC电源模块切换接入测试的第一程控开关模块和第二程控开关，所述DC-DC电源模块的输入端通过第一程控开关模块连接程控电源模块，所述DC-DC电源模块的输出端通过第二程控开关模块连接程控负载模块，第一程控开关模块和第二程控开关模块受控于多通道采集存储控制单元。
[0012]进一步的，所述多通道采集存储控制单元包括控制器、存储器和多个数据采集卡，每个数据采集卡对应一个数据采集端口，控制器控制各数据采集卡采集到DC-DC电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
[0013]进一步的，所述控制器采用PXIe-8133控制器，所述存储器采用PXIe磁盘阵列，所述数据采集卡采用美国国家仪器(Nat1nal Instruments,简称NI)公司的PXIe-5122型号的数据采集卡。
[0014]进一步的，所述多通道采集存储控制单元通过控制器提供的GPIB(General-Purpose Interface Bus,通用接口总线)接口、USB (Universal Serial Bus,通用串行总线)接口或者LAN (Local Area Network，局域网)接口与程控电源模块的控制端口以及程控负载模块的控制端口相连。
[0015]进一步的，在主动同步模式下，多通道采集存储控制单元通过同步信号收发单元向辐射单元发出启动信号，辐射单元开始对试验区域内的DC-DC电源模块轰击粒子，同时多通道采集存储控制单元通过其数据采集端口采集到DC-DC电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
[0016]进一步的，在被动同步模式下，辐射单元对试验区域内的DC-DC电源模块轰击粒子，当检测出粒子轰击到DC-DC电源模块时，辐射单元通过同步信号收发单元向多通道采集存储控制单元发送启动信号，多通道采集存储控制单元通过其数据采集端口采集到DC-DC电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
[0017]进一步的，所述系统还包括:远程计算机、路由器和示波器，所述示波器连接DC-DC电源模块的输出端，远程计算机通过路由器向多通道采集存储控制单元和示波器发送控制信号，以控制多通道采集存储控制单元按照测试要求进行测试，以及控制示波器开始工作。
[0018]进一步的，所述系统还包括测温单元，所述测温单元包括:多路数据采集器和热敏传感器，热敏传感器设置在DC-DC电源模块封装底座的热点上，多通道采集存储控制单元与多路数据采集器的控制端口相连，多路数据采集器的数据采集端口连接热敏传感器，通过热敏传感器采集到DC-DC电源模块的温度。
[0019]进一步的，所述多路数据采集器采用安捷伦公司的34972A。
[0020]采用上述技术方案，本发明所述DC-DC电源模块的辐射效应测控系统与现有技术相比，至少具有下列优点:
[0021]I)利用本发明可以实现与辐射单元的辐射效应同步地进行参数采集，克服了现有技术无法精确记录辐射效应发生时刻的缺点，同时避免了存储资源的浪费。
[0022]2)本发明可实现多个参数高速并行采集和存储，解决了以往只能对单个参数进行在线测试的问题。
[0023]3)本发明实现了程控电压跃变和程控负载跃变等动态测试功能。
[0024]4)本发明实现了多个DC/DC电源模块的程控切换接入测试，克服了以往需要关闭辐射源并人工进入试验区域进行切换的缺点。
[0025]5)本发明实现了试验过程中DC-DC变换器主要参数的在线测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明第一实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统结构示意图；
[0027]图2为本发明第一实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统详细结构示意图；
[0028]图3为本发明第二实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统结构示意图；
[0029]图4为本发明第三实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统结构示意图；
[0030]图5为本发明第三实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统测试流程示意图。
【具体实施方式】
[0031]为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
[0032]本发明第一实施例，一种DC-DC电源模块的辐射效应测控系统，如图1所示，包括以下组成部分:辐射单元100、同步信号收发单元200、多通道采集存储控制单元300和工作状态模拟单元400，其中，
[0033]同步信号收发单元200连接于辐射单元100和多通道采集存储控制单元300之间，工作状态模拟单元400包括程控电源模块和程控负载模块，多通道采集存储控制单元300与程控电源模块的控制端口以及程控负载模块的控制端口相连；
[0034]辐射单元100的试验区域内放置DC-DC电源模块，辐射单元100中用于照射DC-DC电源模块的辐射源可以采用中国原子能院研制的辐射源设备。DC-DC电源模块的输入端连接程控电源模块，DC-DC电源模块的输出端连接程控负载模块，多通道采集存储控制单元300的各数据采集端口与DC-DC电源模块的需要监测的输入输出端口相连。
[0035]图2为本实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统的详细结构示意图，
[0036]如图2所示，程控电源模块包括程控电源I?M，程控负载模块包括程控负载I?N，M和N的数量可以根据测试需要灵活设置。
[0037]多通道采集存储控制单元300包括控制器、存储器以及数据采集卡I?N，每个数据采集卡对应一个通道的数据采集端口，控制器控制各数据采集卡采集到DC-DC电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。控制器提供的控制器接口为GPIB接口、USB接口或者LAN接口。程控电源I?M、以及程控负载I?N的控制端口均分别通过GPIB接口、USB接口或者LAN接口与多通道采集存储控制单元300相连。由多通道采集存储控制单元300控制程控电源与程控负载的变化，比如:电压跃变或者电压线性调节、以及负载跃变或者负载线性调节，以实现对DC-DC电源模块动态的测试。比如，多通道采集存储控制单元300通过GPIB接口控制程控电源模块实现DC-DC输入电压跃变，电压从+80V跃变到+140V，上升沿时间控制在1us内，观察动态测试条件下对DC-DC电源输出产生的影响。
[0038]对于单个通道，单位时间内数据流量可达lOOMB/s。优选的，若需实现多个参数的高速并行采集，能够满足需求的仅有PXIe总线。控制器采用PXIe-8133，其CPU采用Intel最新的1.73GHz的四核处理器i7-820QM，单核最大3.06GHz。可扩展最大8GB1333MHz的DDR3内存。集成四个高速USB接口，集成IEEE488GPIB控制器以及RS232串口。数据采集卡是实现系统采样率和分辨率的核心功能单元，采用NI公司的PXIe-5122型号的高速数据采集卡，可提供2通道14bit分辨率采样能力，最高实时采样率可达到100MS/s，带宽100MHz。此外，PXIe-5122还提供256MB的板载内存。为实现采样数据高速流盘，系统采用PXIe磁盘阵列HD-8265作为存储介质，可提供RAID0750MB/S的写入速度，最大提供12TB的数据存储空间。
[0039]本实施例的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统可以实现多通道采集存储控制单元300和辐射单元100之间的同步，分为如下两种同步方式:
[0040]在主动同步方式下，多通道采集存储控制单元300通过同步信号收发单元200向辐射单元100发出启动信号，该启动信号可以为+5V脉冲，辐射单元100开始对试验区域内的DC-DC电源模块轰击粒子，同时多通道采集存储控制单元通过其数据采集端口采集到DC-DC电源模块的需要监测的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
[0041]在被动同步方式下，辐射单元100开始对试验区域内的DC-DC电源模块轰击粒子，当检测出粒子轰击到DC-DC电源模块时，辐射单元向多通道采集存储控制单元发送启动信号，该启动信号可以为+5V脉冲，多通道采集存储控制单元通过其数据采集端口采集到DC-DC电源模块的需要监测的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
[0042]所述DC-DC电源模块的辐射效应测控系统还包括:远程计算机、路由器和示波器，系统需要使用远程计算机对多通道采集存储控制单元以及示波器进行远程控制和操作，考虑到实现难度以及操作距离，采用局域网将远程计算机、路由器和示波器这三台设备组成局部通信网。该示波器连接DC-DC电源模块的输出端。远程计算机通过路由器向多通道采集存储控制单元和示波器发送控制信号，以控制多通道采集存储控制单元按照测试要求进行测试，以及控制示波器开始工作。当示波器开始工作时，通过图像采集设备比如摄像头将示波器的显示画面传给工作人员。
[0043]远程计算机上的应用软件可实现功能如下:通过软件界面，可定时、同时或顺序开关程控电源和程控负载；可设置信号阈值/门限值，对超过阈值/门限值脉冲进行实时计数；多通道采集存储控制单元本地与远程计算机界面均可对存储使用情况进行显示，并可设置低限报警；采样率可通过软件进行调节；可进行数字滤波，包括均值滤波、平滑滤波、低通、高通及带通滤波等；可进行数字信号处理，包括快速FFT计算、功率谱计算等；采样数据可拷贝或导出至其他存储介质；采样结束后，可对采样结果进行回放，对正反向脉冲进行计数；采样结束后，可自动生成过阈值/门限值的数据报告；可对局部数据进行放大显示；可通过远程计算机对现场计算机进行监视与控制。
[0044]本发明第二实施例，一种DC-DC电源模块的辐射效应测控系统，如图3所示，本实施例的所述系统与第一实施例大致相同，区别在于，当DC-DC电源模块的数量为两个以上时，比如:图3中为L个DC-DC电源模块，所述工作状态模拟单元还包括用于控制DC-DC电源模块切换接入测试的第一程控开关模块和第二程控开关，所述DC-DC电源模块的输入端通过第一程控开关模块连接程控电源模块，所述DC-DC电源模块的输出端通过第二程控开关模块连接程控负载模块，第一程控开关模块和第二程控开关模块受控于多通道采集存储控制单元，可以实现多个DC/DC电源模块的切换接入测试。
[0045]本发明第三实施例，一种DC-DC电源模块的辐射效应测控系统，如图4所示，本实施例的所述系统与第二实施例大致相同，区别在于还包括测温单元，该测温单元包括:多路数据采集器和热敏传感器，各热敏传感器均设置在DC-DC电源模块的封装底座的热点上，多通道采集存储控制单元通过控制器提供的控制器接口与多路数据采集器的控制端口相连，多路数据采集器的数据采集端口连接热敏传感器，通过热敏传感器采集到DC-DC电源模块的温度。多路数据采集器可以采用安捷伦公司的34972A。
[0046]如图5所示，该DC-DC电源模块的辐射效应测控系统(简称:测试系统)的具体测试步骤如下:
[0047]S1:测控系统复位，设置采样率和信号阈值或门限值等参数。为了完整地捕捉到瞬态脉冲，要求测试系统至少采用10倍过采样速率，即10MS/S采样率。作为未来扩展，要求测试系统应具有50MS/s采样率。
[0048]S2:测控系统和辐射单元进行同步。同步分为主动式和被动式两种。主动式是指当测试系统准备启动数据采集时，通过同步信号发送单元向辐射单元发出启动信号(+5V脉冲)，福射单元接收到启动信号后开始轰击粒子。被动式是指当福射单元检测到粒子轰击到器件表面时，向多通道采集存储控制单元发出采集启动信号(+5V脉冲)，控制测试系统开始信号采集。
[0049]S3:对DC-DC电源模块的多个参数进行高速并行采集和存储。比如:在50MS/s采样率和14bit采样精度条件下，对于单个通道，单位时间内数据流量为lOOMB/s。
[0050]S4:对DC-DC电源模块的温度进行采集和存储。
[0051]S5:如需进行动态测试，通过GPIB、USB或LAN接口配置程控电源或程控负载进行电压跃变或负载跃变过程。
[0052]S6:对该DC-DC电源模块单次辐射试验结束。
[0053]S7:对程控开关进行远程配置，重复进行上述测试步骤，以完成余下DC/DC电源模块的辐射试验。
[0054]S8:将存储器存储的数据拷贝至远程计算机，对试验数据进行数字信号分析处理。可进行数字滤波，包括均值滤波、平滑滤波、低通、高通及带通滤波等；可进行数字信号处理，包括快速FFT计算、功率谱计算等。
[0055]S9:对处理后的数据进行分析，记录发生的辐射效应。
[0056]本发明实施例所述的DC-DC电源模块的辐射效应测控系统与现有技术相比，至少具有下列优点:
[0057]I)利用本发明可以实现与辐射单元的辐射效应同步的进行参数采集，克服了现有技术无法精确记录辐射效应发生时刻的缺点，同时避免了存储资源的浪费。
[0058]2)本发明可实现多个参数高速并行采集和存储，解决了以往只能对单个参数进行在线测试的问题。
[0059]3)本发明实现了程控电压跃变和程控负载跃变等动态测试功能。
[0060]4)本发明实现了多个DC/DC电源模块的程控切换接入测试，克服了以往需要关闭辐射源并人工进入试验区域进行切换的缺点。
[0061] 通过【具体实施方式】的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
【权利要求】
1.一种000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，辐射单元、同步信号收发单元、多通道采集存储控制单元和工作状态模拟单元，其中， 同步信号收发单元连接于辐射单元和多通道采集存储控制单元之间，工作状态模拟单元包括程控电源模块和程控负载模块，多通道采集存储控制单元与程控电源模块的控制端口以及程控负载模块的控制端口相连； 辐射单元的试验区域内放置000(:电源模块，00-00电源模块的输入端连接程控电源模块，000(:电源模块的输出端连接程控负载模块，多通道采集存储控制单元的各数据采集端口与000(:电源模块的需要监测的输入输出端口相连。
2.根据权利要求1所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，当000(:电源模块的数量为两个以上时，所述工作状态模拟单元还包括用于控制000(:电源模块切换接入测试的第一程控开关模块和第二程控开关，所述000(:电源模块的输入端通过第一程控开关模块连接程控电源模块，所述000(:电源模块的输出端通过第二程控开关模块连接程控负载模块，第一程控开关模块和第二程控开关模块受控于多通道采集存储控制单)1.10
3.根据权利要求1所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，所述多通道采集存储控制单元包括控制器、存储器和多个数据采集卡，每个数据采集卡对应一个数据采集端口，控制器控制各数据采集卡采集到000(:电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
4.根据权利要求3所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，所述控制器采用？乂16-8133控制器，所述存储器采用9X16磁盘阵列，所述数据采集卡采用美国国家仪器公司的？^16-5122型号的数据采集卡。
5.根据权利要求4所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，所述多通道采集存储控制单元通过控制器提供的通用接口总线⑶18接口、通用串行总线旧8接口或者局域网接口与程控电源模块的控制端口以及程控负载模块的控制端口相连。
6.根据权利要求1所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，在主动同步模式下，多通道采集存储控制单元通过同步信号收发单元向辐射单元发出启动信号，辐射单元开始对试验区域内的000(:电源模块轰击粒子，同时多通道采集存储控制单元通过其数据采集端口采集到000(:电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
7.根据权利要求1所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，在被动同步模式下，辐射单元对试验区域内的000(:电源模块轰击粒子，当检测出粒子轰击到000(:电源模块时，辐射单元通过同步信号收发单元向多通道采集存储控制单元发送启动信号，多通道采集存储控制单元通过其数据采集端口采集到000(:电源模块的输入输出端口的信号并存储于存储器中。
8.根据权利要求1所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，所述系统还包括:远程计算机、路由器和示波器，所述示波器连接000(:电源模块的输出端，远程计算机通过路由器向多通道采集存储控制单元和示波器发送控制信号，以控制多通道采集存储控制单元按照测试要求进行测试，以及控制示波器开始工作。
9.根据权利要求1所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，所述系统还包括测温单元，所述测温单元包括:多路数据采集器和热敏传感器，热敏传感器设置在00-00电源模块封装底座的热点上，多通道采集存储控制单元与多路数据采集器的控制端口相连，多路数据采集器的数据采集端口连接热敏传感器，通过热敏传感器采集到000(:电源模块的温度。
10.根据权利要求9所述的000(:电源模块的辐射效应测控系统，其特征在于，多路数据采集器采用安捷伦公司的34972八。
【文档编号】G01R31/40GK104345284SQ201310344956
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】黄东巍, 贾昊, 任翔, 刘砚君 申请人:工业和信息化部电子工业标准化研究院