CN101542303B - 分组的电路模块中的自测试、监视和诊断 - Google Patents

Abstract

一种用于向受电气测试的电容器提供电源的旋转电容器电气测试系统可包含：至少一个可编程电压源；至少一个可编程电流源；以及控制器，其用于对所述电压源和电流源进行编程。可提供随机存取非易失性存储器以用于存储信息且用于为所述控制器提供读取/写入能力。至少一个数字/模拟转换器可在所述控制器与所述可编程电压源和电流源之间通信。诊断程序可通过所述控制器操作以用于测试至少一些子系统的基本输入/输出功能的内部完整性。电路健康监视程序可通过所述控制器操作以用于周期性地测试和确定至少一些子系统的内部完整性。自测试程序可通过所述控制器操作以用于基于测试/故障而确定至少一些内部子系统是否在适当工作。

Description

分组的电路模块中的自测试、监视和诊断

技术领域

本发明涉及用于向受电气测试的电容器提供电源的旋转电容器电气测试系统，且具体来说，涉及在分组电路模块中具有自测试、监视和诊断能力的旋转电容器电气测试系统。

背景技术

用于自动断定多个待测试的电容器的电容、耗散因数和绝缘电阻的装置是广泛已知的，例如参见第4,931,721号美国专利。已知的旋转电容器电气测试系统包含向受电气测试的电容器提供电压源的仪器。所述仪器含有两组四个不同类型的电路板，其垂直插入一插件架。所述板可独立地插入和移除。这些板一起作用以提供电压源、电流源和输出电压测量能力。将电路划分为四个单独的电路板，因为将此电路全部配合成可用的形状因数是不可行的。当第一次组装系统时，可在个别电路板上进行电路内检验，且可使用测试装置以测试每一板。然而，无法一起测试板群组，直到其全部安装在系统中且系统测试程序运行为止。当在此板群组中存在故障时，不能立即明白群组中的哪个板出故障。因此，必须检查所有四个板以找到问题。

当板出故障时，不知道所述板已操作多长时间、其输出条件如何以及所述板已经受何种温度。此数据将有用于确定电路的寿命并了解故障模式和弱点。

如果可监视敏感电路且在达到某些限值时将其关闭或标记错误，那么可能能够防止某些故障。在没有板载智能的情况下，这是较难以进行的。

另一问题是这些电路板的保修跟踪。如果客户从备用系统获得一板以使出故障的系统再次运行，那么这违反了保修政策。然而，除了印刷电路板(PCB)上书写的手写序列号以外，没有方法跟踪此事件。

可以许多不同方法单独测试个别的板以确保其适当被建置。然而，其最终需要插入系统中以检验其一起工作，因此必须运行系统内测试。如果检测到故障，那么必须在系统内作出诊断。

现存的电气电容器测试仪器不使用模块化方法。现存系统中存在有限的内部读回能力，因此必须使用若干外部仪表来查找故障且校准系统中的板。编序是使用PCB上的手写数字来处置的，且硬件并不知道。

发明内容

一种用于向受电气测试的电容器提供电源的旋转电容器电气测试系统的一个实施例包含(例如)：至少一个可编程电压源；至少一个可编程电流源；以及控制器，其用于对所述电压源和电流源进行编程。可提供随机存取非易失性存储器以用于存储信息且用于为所述控制器提供读取/写入接口能力。可提供至少一个数字/模拟转换器以用于在所述控制器与所述可编程电压源和电流源之间通信。所述系统可包含诊断程序，其可通过所述控制器操作以用于测试至少一些子系统的基本输入/输出功能的内部完整性。系统可具备电路健康监视程序，其可通过所述控制器操作以用于周期性地测试和确定至少一些子系统的内部完整性。自测试程序可通过所述控制器操作以用于基于测试/故障而确定至少一些内部子系统是否在适当工作。

所属领域的技术人员在结合附图阅读以下描述时将明白此实施例和其它实施例的细节。

附图说明

本文的描述参考附图，其中在所有若干视图中，相同参考标号指代相同部分，且其中：

图1是根据本发明实施例的用于向受电气测试的电容器提供电源的旋转电容器电气测试系统中的子系统的示意图。

具体实施方式

用于电容器电气测试的下一代电源和测量仪器将用于输出测试电压波形所必需的所有电路组合到一个机械组合件上。此组合件含有两个电路板，其彼此平行安装且经由板对板连接器而连接。此组合件将称为模块。此组合件开发了仪器的模块化特征以改进诊断能力、健康监视以及自测试能力。

当然，执行检验电路板正确组装且其适当加电的初始步骤。一旦此步骤完成，那么就可将板组装在一起且模块测试可开始。

模块经设计以插入底板中，所述底板经由高速并行总线与主控制器通信。主控制器与主机PC通话，所述主机PC可运行诊断接口以测试模块。插入底板中的板具有FPGA，所述FPGA将地址和数据解码为命令且对模块执行适当功能。在板上具有此智能且能够使用诊断接口与板通信可向技术员提供更多信息以缩小可能发生故障的地方。

此特定模块的主要部分是五个独立受控的可编程电流源和两个独立受控的可编程电压源。可使用16位数/模转换器对电流进行编程，且可使用所有五个通道上的12位模/数转换器读回所述电流。也可测量所述五个通道中的每一者的输出电压，以及每一电压源的输出。因此，可在诊断接口中运行一读回测试，其中设置电压且随后读回，并且设置电流且随后读回。如果读回的电流和电压在可接受的范围内，那么可称所述子系统正在工作。其它软件可与外部仪器一起使用以检验准确性且执行校准，但此方法给出对电路的第一级检查。如果通道是坏的，那么技术员可追踪整个电路链以找到故障。为了最大程度的自动化，此整个例行程序可置于软件循环中且依序对所有通道执行。随后可将数据与限值进行比较且显示通过/故障结果。高功率区段的散热器上的温度传感器可监视温度，且在达到限值的情况下用信号通知错误。引起错误的电路的关闭可立即发生，因为模块中的板之间的通信可直接发生。

包含模块中的非易失性存储器以在电源断开之后存储信息。其可在若干方法中非常有用。此存储器可存储唯一的电子序列号以辅助跟踪强制保修问题的板。其也可有用于跟踪板是在何时且在何处制造和测试。另外，在操作期间存储器可使用关于其已运行的时间量和例如平均环境温度和散热器温度以及输出电压和电流的统计数据等信息来进行更新。在故障的情况下，此数据可被读回且可提供板何时、如何且为何出故障的线索。

自测试是诊断能力的超集。诊断提供对模块中的电路进行读取和写入的最低级功能。较高级功能或程序可使用这些功能来测试模块上的整个子系统。在设置输出之后读回结果的能力允许此测试程序获得来自测试的自动反馈，因此称为“自测试”。可在系统加电时或在需要时执行这些程序。

诊断、监视和自测试能力不是现代系统中的新概念。然而，接受插入模块的平台而不是执行特定功能的仪器的概念是电容器电气测试行业的新概念。模块较容易维护和测试，且提供用于可再使用现存设计的增量式开发的清晰路径。

将板保持为机械组合件防止了对模块的个别板的篡改。只要板保持在一起，其修正将是兼容的且任何校准信息将是相关的。

下一代电容器电气测试仪器中的模块含有高功率电路，所述高功率电路可在高达和高于300VDC的高电压下操作。因此，对散热器和功率输出电路的监视对于防止起火和故障是重要的。如果温度达到其极限断路点，那么可立即关闭整个模块以移除危险且向主控制器标记错误。如果模块在操作期间出故障，那么可将其拔出且用新的模块替换。这确保出故障的系统在尽可能短的时间量内恢复操作。一旦出故障的模块离开系统，就可将其置入另一诊断系统中以查明故障。较好的是此查找故障的时间在板离线时发生，因此客户可重新回到生产。如果板在关键区域中具有内部读回能力，那么可写入软件例行程序以使测试过程自动化。如果这不存在，那么可使用外部仪器来遵循类似的过程，其仍将有助于查明问题。

为了辅助确定板如何且为何出故障，可用散热器温度和环境温度、输出电压、时间戳以及关于模块的任何其它相关信息来周期性地更新模块中的非易失性存储器。当故障发生时，也可将其记录在存储器中。当模块被移除且经历测试程序时，可检视此记录的数据以辅助查找故障。

也可在将模块安装在其目标系统中之前个别地测试模块。如果起初便发现故障，那么可使用相同的诊断接口在将模块安装在系统中之前跟踪到问题。

模块化方法在某些情况下致使电路减少。当将板分组为一模块时，模块中仅一个板需要与底板介接。这意味着可从总体系统移除某个底板接口电路，因为板彼此连接且可以此方式通信。

现在参看图1，根据本发明实施例的旋转电容器电气测试系统10向待受电气测试的电容器提供电源。系统10包含至少一个可编程电压源12和至少一个可编程电流源14。提供控制器16以用于对电压源12和电流源14进行编程。随机存取非易失性存储器18为控制器提供读取/写入接口能力且可用于存储信息。至少一个数字/模拟转换器20提供控制器16与可编程电压源12和电流源14之间的通信。控制器16可呈现场可编程门阵列(FPGA)的形式。

输出电压传感器22测量输出电压值且与控制器16通信以确定是否已成功传递经编程的电压值。输出电流传感器24测量输出电流值且与控制器16通信以确定是否已成功传递经编程的电流值。提供至少一个温度传感器26以用于监视可编程电压源12和电流源14。控制器16可比较测得的温度值以确定是否已超过阈值，且如果已超过阈值，那么控制器16就关闭产生过量热的对应的电压源12和电流源14子系统，所述过量热由被确定为超过阈值的测得的温度值来感测。

控制器16与存储在随机存取非易失性存储器18中的信息交互。控制器16读取和/或写入的信息可包含选自由以下各项组成的群组的数据：累积的印刷电路板操作时间和最大的印刷电路板操作温度、平均的印刷电路板操作温度、最大的印刷电路板输出条件、平均的印刷电路板输出条件、内部印刷电路板识别信息、电子印刷电路板序列号、印刷电路板制造日期、印刷电路板制造地点、印刷电路板固件版本、印刷电路板软件版本、平均的环境温度、最大环境温度、平均的散热器温度、最大的散热器温度、平均的电压输出、最大的电压输出、平均的电流输出、最大的电流输出、上一次印刷电路板测试日期、上一次印刷电路板测试结果，以及其任何组合。

主机计算机28可以与控制器16通信地连接以用于运行自测试程序以通过16位数/模转换器30设置至少一个可编程值且通过12位模/数转换器32接收回测得的值，从而通过控制器16测试至少一个完整子系统以确定所测试的完整子系统是否在适当操作。

诊断程序可通过控制器16而操作以用于测试至少一些子系统的基本输入与输出功能的内部完整性。电路健康监视程序可通过控制器16操作以用于周期性地测试和确定至少一些子系统的内部完整性。自测试程序可通过控制器16而操作以用于基于测试/故障而确定至少一些内部子系统在适当工作。控制器16可对测试电压波形的输出进行编程且可对测试电流波形的输出进行编程。

尽管已结合目前认为是最实用且优选的实施例描述了本发明，但应了解，本发明不限于所揭示的实施例，相反，本发明意欲涵盖所附权利要求书的范围内所包含的各种修改和等效布置，将赋予所述范围最广的解释以便涵盖法律所许可的所有此些修改和等效结构。

Claims (9)

1.一种用于向受电气测试的至少一个电容器提供电源的旋转电容器电气测试系统，其包括：

至少一个可编程电压源；

至少一个独立受控的可编程电流源；

控制器，其用于对所述至少一个可编程电压源中的电压源进行编程，以传递经编程的电压值，并对所述至少一个可编程电流源中的电流源进行编程，以传递经编程的电流值；

随机存取非易失性存储器，其用于存储信息且用于为所述控制器提供读取/写入接口能力；

至少一个数字/模拟转换器，其用于在所述控制器与所述可编程电压源和电流源之间通信；

输出电压传感器，其用于测量所述电压源的输出电压值，且与所述控制器通信以用于确定是否已成功传递所述经编程的电压值；以及

输出电流传感器，其用于测量所述电流源的输出电流值，且与所述控制器通信以用于确定是否已成功传递所述经编程的电流值。

2.根据权利要求1所述的电气测试系统，其中所述控制器进一步包括现场可编程门阵列。

3.根据权利要求1所述的电气测试系统，其中所述控制器对测试电压波形的输出进行编程。

4.根据权利要求1所述的电气测试系统，其进一步包括：

至少一个温度传感器，其用于监视所述可编程电压源和电流源。

5.根据权利要求4所述的电气测试系统，其中所述控制器比较测得的温度值以确定是否已超过阈值，且如果已超过所述阈值，那么所述控制器关闭产生过量热的对应的电压源和电流源子系统，所述过量热由被确定为超过所述阈值的所述测得的温度值来感测。

6.根据权利要求1所述的电气测试系统，其中所述控制器与存储在所述随机存取非易失性存储器中的信息交互。

7.根据权利要求6所述的电气测试系统，其中所述信息是选自由以下各项组成的群组的数据：累积的板操作时间、最大的板操作温度、平均的板操作温度、最大的板输出条件、平均的板输出条件、内部板识别信息、电子板序列号、板制造日期、板制造地点、板固件版本、板软件版本、平均的环境温度、最大的环境温度、平均的散热器温度、最大的散热器温度、平均的电压输出、最大的电压输出、平均的电流输出、最大的电流输出、上一次电路测试日期、上一次电路测试结果。

8.根据权利要求1所述的电气测试系统，其进一步包括：

主机计算机，其与所述控制器通信以用于运行自测试程序来设置至少一个可编程值并接收回测得的值，以通过所述控制器测试至少一个完整子系统来确定所述测试的完整子系统是否在适当操作。

9.根据权利要求1所述的电气测试系统，其中所述控制器对测试电流波形的输出进行编程。

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