DM3000萬用表在電源行業(yè)的應(yīng)用

引言
   近幾年，隨著各類電子產(chǎn)品走進(jìn)千家萬戶，程控交換機(jī)、通訊、電腦、控制設(shè)備、家用電器等行業(yè)都迅速發(fā)展。而在這些設(shè)備中被廣泛采用的開關(guān)電源，也迎來了一個(gè)發(fā)展熱潮，電源技術(shù)更是日新月異，開關(guān)電源開始向高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化方向發(fā)展。同時(shí)，電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和功能測(cè)試也越來越為嚴(yán)格何嚴(yán)謹(jǐn)，除了傳統(tǒng)的精度需求以外，還對(duì)測(cè)試設(shè)備提出了更高的要求。例如：
    測(cè)試過程中計(jì)算機(jī)的介入，需要測(cè)試儀器具有上位機(jī)通信能力，而且由于眾多儀器集合在一個(gè)系統(tǒng)中，還需要測(cè)試儀器擁有多種接口和可以相互兼容的命令集結(jié)構(gòu)；
    由于測(cè)試和生產(chǎn)的規(guī)模效應(yīng)，大量?jī)x器在一個(gè)車間中運(yùn)行，不可避免的會(huì)相互干擾。這就需要測(cè)試儀器具有較強(qiáng)的抗*力，以避免因?yàn)楦蓴_而造成測(cè)試數(shù)據(jù)的不可靠；
    隨著對(duì)生產(chǎn)效率的要求越來越高，還需要儀器具有自動(dòng)化特性和高速測(cè)量特性等。
    為了解決上述問題，滿足測(cè)試工程師的測(cè)試需求，RIGOL推出了DM3000系列萬用表，除了具備以上優(yōu)點(diǎn)以外，DM3000還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，任意傳感器測(cè)試功能和多路巡檢功能，這就可以極大提高測(cè)試工程師的測(cè)試效率。

應(yīng)用實(shí)例
    下圖所介紹的電源測(cè)試系統(tǒng)，是某電源生產(chǎn)廠商使用的測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了示波器，電子負(fù)載儀、上位機(jī)、萬用表和測(cè)試工裝，其中集成了示波器，電子負(fù)載儀、上位機(jī)、萬用表通過機(jī)架組裝在一起，各儀器與電腦間通過傳統(tǒng)的GPIB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。外部的測(cè)試工裝用于裝載開關(guān)電源產(chǎn)品，測(cè)試工裝的電路板設(shè)置若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過外部的繼電器電路連接到DM3000的表筆上。通過上位機(jī)控制繼電器的切換，萬用表可以對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行逐一測(cè)試。
    該測(cè)試系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
    1. 可以對(duì)電源產(chǎn)品進(jìn)行全面檢測(cè)。測(cè)量的項(xiàng)目不但包括輸出電壓，輸入電壓，電源功率，紋波等傳統(tǒng)參數(shù)，還包括不同負(fù)載電源效率，不同輸出電平時(shí)功率，輸入輸出阻抗等177個(gè)各類參數(shù)；
    2. 測(cè)試平臺(tái)*自動(dòng)化，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)無人職守。測(cè)試過程中只需要操作人員更換被測(cè)產(chǎn)品并按下測(cè)試按鈕即可；
    3. 一次測(cè)量完畢結(jié)果自動(dòng)保存到上位機(jī)。測(cè)試過程沒有任何人為干預(yù)，自動(dòng)為電源測(cè)試和開發(fā)人員保存*手資料，為產(chǎn)品和測(cè)試方法的改進(jìn)提供了*手資料。

DM3000在系統(tǒng)中應(yīng)用
    以下將著重從DM3000系列萬用表——以系統(tǒng)中應(yīng)用的DM3052為例的性能出發(fā)，介紹萬用表的使用情況和具體問題的解決。

測(cè)量
    生產(chǎn)線上對(duì)測(cè)試速度的要求很高，高速度意味著產(chǎn)品測(cè)試周期短，減小產(chǎn)品生產(chǎn)的時(shí)間成本，有利于提高生產(chǎn)效率。DM3052本身具有50K/S的采樣速率，且有5位半，4位半，3位半三種讀數(shù)精度可供客戶選擇，分別給客戶提供了慢速，中速和快速三種測(cè)量速率。下表闡述了DM3052的不同精度時(shí)的測(cè)試速率以及和某同類產(chǎn)品的對(duì)比。從表中我們可以看出使用了DM3052以后177個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試效率提高了近十個(gè)百分點(diǎn)！極大的提高了生產(chǎn)效率。

表一 DM3052單項(xiàng)測(cè)試時(shí)間

讀數(shù)精度	5位半	4位半		3位半
測(cè)試速度	438ms	234ms		172ms
量程選擇	直流電壓48V
讀數(shù)精度	0.0005	0.0006	0.0008

表二 DM3052與同類產(chǎn)品對(duì)比

	DM3052	某同類產(chǎn)品
速度選擇	中速
單項(xiàng)速度	約250ms	約360ms
總耗時(shí)	約88s	約98s

    同時(shí)在測(cè)量的過程中，必然要進(jìn)行不同量程的切換，這就需要測(cè)試設(shè)備可以自動(dòng)切換檔位，那么這個(gè)切換的時(shí)間也必然會(huì)影響測(cè)試效率。DM3052的檔位切換速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品。以測(cè)量直流電壓3.3mv到5v為例，DM3052自動(dòng)尋檔從200mv檔到20v檔，到穩(wěn)定的測(cè)量得到5v電壓值，只需要234ms，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于絕大部分同類產(chǎn)品的640ms。而且在速度提高的同時(shí)保證了測(cè)量精度，使讀數(shù)準(zhǔn)確度在0.002以內(nèi)。
    當(dāng)然測(cè)量指的的不僅是測(cè)試設(shè)備有快的測(cè)試速度，還包括測(cè)試結(jié)果的精度要求。DM3052可以滿足多種測(cè)量速度的需求，而對(duì)應(yīng)中，快，慢三種測(cè)試速度時(shí)其讀數(shù)精度都不超過0.1%，*達(dá)到了客戶測(cè)試指標(biāo)（0.004），同時(shí)也基本可以滿足測(cè)試市場(chǎng)絕大部分客戶的需求。


抗干擾
    通常開關(guān)電源的底板是交流電源的地線,因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到輸入端產(chǎn)生共模干擾，影響到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的測(cè)量。比如，在測(cè)量帶共模干擾的+5V直流信號(hào)時(shí)，所帶的干擾在直流成分上疊加了500mV左右的交流成分，信號(hào)如圖三所示，以往同類產(chǎn)品測(cè)量此類信號(hào)時(shí)的幅值偏大。DM3052在硬件上解決了這一問題，避免了共模干擾產(chǎn)生的影響，因此DM3052抗共模*力良好，可以極大提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

上位機(jī)通信
    DM3052具有多種接口配置：GPIB，LAN，RS232和USB Device，具有良好的兼容性，滿足不同接口的上位機(jī)通訊控制。現(xiàn)代的測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)常需要由多個(gè)設(shè)備組成，如該電源測(cè)試系統(tǒng)就包括示波器，萬用表，電子負(fù)載，程控電源以及與之相連接的測(cè)試工裝。這些設(shè)備由不同的通訊接口連接到上位機(jī)，從而被控制和操作，測(cè)試平臺(tái)是否能保證順利測(cè)量，關(guān)鍵之一在于通訊接口卡的兼容性,目前的工業(yè)控制大部分還是沿用世紀(jì)初的GPIB,而同類萬用表產(chǎn)品出現(xiàn)的問題在于其GPIB接口卡與平臺(tái)主機(jī)兼容性不好，和其他GPIB設(shè)備共用一臺(tái)上位機(jī)總線資源會(huì)發(fā)生沖突，DM3052具有良好的接口兼容特性，通過了與NI，ADLINK等各廠家GPIB卡兼容性測(cè)試，且無一沖突的通過開關(guān)電源生產(chǎn)線不同平臺(tái)上的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
    與上位機(jī)的通信接口只是zui基礎(chǔ)的一部分，命令集也是*的一個(gè)關(guān)鍵要素。DM3052機(jī)器內(nèi)部除了配套有RIGOL公司自研發(fā)的一套精簡(jiǎn)命令協(xié)議，還兼容通用標(biāo)準(zhǔn)的SCPI命令協(xié)議和FLUKE公司的命令協(xié)議。這就避免了系統(tǒng)中儀器更新時(shí)因?yàn)槊罴荒芗嫒菰斐傻某绦蛭蓙y，測(cè)試無法進(jìn)行，必須重新開發(fā)測(cè)試軟件的弊端，去除了眾多測(cè)試工程師的隱憂，使得測(cè)試儀器朝著“來之能換，換之可用”的全面兼容時(shí)代發(fā)展。
    DM3052的命令集除了兼容特性以外，還有一些合理的細(xì)節(jié)化設(shè)置。例如在測(cè)量200kHZ信號(hào)的頻率時(shí)，受環(huán)境影響有時(shí)候會(huì)測(cè)不準(zhǔn)，信號(hào)如圖四所示，由于該信號(hào)受到外部的干擾導(dǎo)致幅度減小，而判斷信號(hào)的電壓閾值設(shè)置相對(duì)過高，使得部分時(shí)刻的信號(hào)沒有被檢測(cè)到。由于這個(gè)閾值由量程電壓值決定，是10%＊量程電壓值，從硬件的角度來改比較復(fù)雜，迅速解決的方案是通過將所有測(cè)頻命令從“:FREQ？”改成“:FREQ？MID,MIN”，將量程當(dāng)位設(shè)成zui小200mv, 這樣問題很快得到解決。因此可見，適合的命令集是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試*的一環(huán)。

結(jié)束語
    隨著計(jì)算機(jī)和電子工業(yè)的迅速發(fā)展，測(cè)試測(cè)量行業(yè)已經(jīng)開始向以高速、和為特點(diǎn)的自動(dòng)化時(shí)代邁進(jìn)，DM3000系列萬用表正式在這種大潮下應(yīng)運(yùn)而生的。隨著各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)的不斷展露，DM3000必將取得更加廣泛的應(yīng)用空間！

   

圖一 RIGOL的DM3000系列萬用表                 圖二 開關(guān)電源測(cè)試平臺(tái)

  

圖三 帶共模干擾的+5V直流信號(hào)                圖四 受干擾的200kHZ交流電壓信號(hào)