CN114236417A - 一种电源类器件老炼结温监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种电源类器件老炼结温监测装置，测温传感器单元用于采集被测器件的温度；驱动电路单元用于向测温传感器单元提供驱动电压和采集命令，同时向温度显示单元提供驱动电压及必需的转换信号；温度显示单元用于将采集到的温度信号通过LED显示；超温报警处理单位用于根据检测的温度值结合用户设置的温度上限值，判断检测的温度值是否在合理范围之内；电源及信号总线用于为各单元工作提供工作电源和信号传输通道；中央控制单元用于接收其他单元的反馈信号，同时向各单元发送控制信号，协调各单元工作；系统电源单元用于提供总电源；系统保护单元用于对各单元的工作电压、电流情况进行监控，避免各单元因过压、过流导致的系统工作异常情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源类器件老炼结温监测装置，特别是涉及一种电源类器件老炼试验与可靠性试验中器件结温监测装置，属于集成电路老炼试验领域。
背景技术
随着宇航型号任务的发展，对型号中用到的元器件的质量提出了更高的要求，尤其随着以火星探测器为代表的深空探测专项的开展，元器件的质量以前所未有的重要性再次受到人们的关注。电源类器件被称为型号单机和分系统的“心脏”，其重要性不言而喻，作为电子设备的最基本单元，一只电源类器件的失效甚至可以引起整个分系统瘫痪，导致整个发射任务的失败，因此电源类器件的质量已经成为元器件质量保证的核心任务之一。
电源类器件的老炼试验是其质量保证试验中的关键试验之一，主要通过对电源类器件施加电应力和热应力，加速器件内部存在的潜在缺陷失效的发生，剔除早期失效器件，以达到提高可靠性的目。电源类器件老炼试验过程中器件类型的不同，老炼试验线路的不同均会引起器件不同的温升，老炼试验过程中，试验温度过低，向器件施加的热电综合应力不足，会导致潜在的缺陷不能被激发，也就不能有效剔除早期失效的器件，如果施加的热电综合应力超过器件的极限，会导致器件过应力，引起器件被烧毁或引起器件潜在的损伤，因此在电源类器件老炼过程中需要监测器件的结温是否在合理的范围之内，基于这种情况就需要设计一种器件结温监测的装置，对电源类器件老炼结温数据进行采集，加以控制，才能进行有效的老炼试验，提升宇航电源类器件的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种电源类器件老炼结温监测装置，温度采集部分增加弹簧，确保温度采集部分连接紧密，测温精确；装置测温范围广，覆盖电源类器件工作温度，最高可达150℃；装置具备超温声光报警功能；装置具备超温关闭设备加热功能；装置具有过压过流保护功能。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种电源类器件老炼结温监测装置，包括测温传感器单元、驱动电路单元、温度显示单元、超温报警处理单元、电源及信号总线、中央控制单元、系统电源、系统保护单元；
测温传感器单元用于采集被测器件的温度；驱动电路单元用于向测温传感器单元提供驱动电压和采集命令，同时向温度显示单元提供驱动电压及必需的转换信号；温度显示单元用于将采集到的温度信号通过LED显示；超温报警处理单位用于根据检测的温度值结合用户设置的温度上限值，判断检测的温度值是否在合理范围之内，若异常会产生声光报警，同时根据用户预设关闭高温烘箱的加热功能以保护被测器件；电源及信号总线用于为各单元工作提供工作电源和信号传输通道；中央控制单元用于接收其他单元的反馈信号，同时向各单元发送控制信号，协调各单元工作；系统电源单元用于提供总电源；系统保护单元包含系统过压过流保护子模块，用于对各单元的工作电压、电流情况进行监控，避免各单元因过压、过流导致的系统工作异常情况。
本发明一实施例中，测温传感器单元采用集成电路AD590，在老炼器件插座夹具的底部设置有安装孔，镶嵌TO52封装集成电路AD590，在TO52封装集成电路AD590的底部安装有用于推挤集成电路AD590使集成电路AD590与被测器件紧密接触的弹簧与锁紧机构，同时将集成电路AD590的外引线从弹簧的孔径中穿出，连接至高温烘箱外部的驱动电路单元，集成电路AD590的外引线采用耐高温绝缘材料保护。
本发明一实施例中，温度显示单元包括芯片AD9058、信号驱动器、LED显示模块；
驱动电路单元的电压V1传入芯片AD9058，芯片AD9058为双8位模数转换器，通过TTL电平输出，芯片AD9058将输入的模拟信号转换为数字信号；中央控制单元向芯片AD9058发送控制信号，将输入的温度对应的电压V1转换为与其电压值对应的数字量DOUT，中央控制单元将数字量DOUT传入信号驱动器，信号驱动器采用SG2023型电流驱动矩阵芯片，增强输出负载驱动能力，经转换增强后的信号传入LED显示模块，LED显示模块采用四位带小数点的八段共阴极的LED显示器，显示获取的温度值。
本发明一实施例中，超温报警处理单元包括比较器；当实际检测的温度对应的电压V1超过用户预设的电压V2时，比较器会产生一个有效信号，该信号激活声光报警装置，产生声光报警信号，通知试验人员，同时通过控制继电器关闭烘箱加热开关，避免器件因过温被烧毁。
本发明一实施例中，系统保护单元包括过压保护和过温保护两部分，过压保护采用反馈式电压监测模块，当各单元供电电源超过系统设置的电压时，电源监测模块会产生一个过压信号，过压信号通过控制继电器切断产生过压部分的信号和供电电压，防止各单元因供电电压异常而烧毁；过流保护系统，在各单元内设置有温度监测单元，实时监测温度变化情况，当监测单元的温度超过系统设置的温度时，过流保护系统会收到一个温度超限的报警信号，通过控制继电器切断温度超限单元的输入信号和供电电源，防止各单元因温度超限异常而烧毁。
本发明一实施例中，驱动电路单元包括基准电压V0产生单元、温度采样控制单元和采样温度转换单元；基准电压V0产生单元由电源V2、器件U1、器件U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RP组成，温度采样控制单元由器件U3、器件U5、器件U6组成，采样温度转换单元由器件U4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7组成；电源V2为+10V直流电源，U1为器件CW78L05T，U2为温度传感器AD590，U3为多组ADG526为模拟开关矩阵组，U4为运算放大器OP07AJ，U5为中央控制单元，U6为计数器，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、均为电阻，Rp为可调电阻器；
电源V2向器件U1和U2提供电源，U2的负端连接R3后再连接GND，温度传感器U2的温度会导致在其负端产生1uA/℃的电流，从而在R3电阻产生10mV/℃的电压，U5中央控制单元和U6计数器单元向U3模拟开关矩阵组提供地址控制信号，U3模拟开关矩阵组用于控制采集温度的器件工位，通过中央控制单元U5和计数器U6达到控制不同工位温度采集显示的目的，U5中央控制器通过发送地址信号，采集对应位置温度，U6计数器用于循环定时对整个采集区循环采集显示；U1输出精密5V电压信号，通过R1、R2、Rp连接至GND，通过调节可调电阻器Rp用于在V0处产生2.732V基准电压；采集的温度转变为对应的电压信号，通过R5、R6连接至U4运算放大器的输入端，基准电压V0通过电阻R4连接至U4运算放大器的输入端。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明与现有技术对比新设计测温装置采用被测夹具镶嵌温度传感器的安装方式，与现有导热胶或高温胶带粘接方式相比，对被测器件无损伤，确保对器件的无损检测；
(2)本发明与现有技术对比新设计测温装置测温传感器安装于被测器件夹具底部中心位置的方式，此位置为器件热集中区域，测温更为准确，而现有测温技术测温区域位于器件上表面，为非热集中区域，测温误差较大；
(3)本发明与现有技术对比新设计测温装置采用弹簧推进与锁紧测温部分，使测温部分与被测器件无缝紧密连接，测温更为精确；
(4)本发明与现有技术对比新设计测温装置具有超温声光报警与自动切断加热开关，保护被老炼器件的功能。
附图说明
图1为本发明装置的组成示意图。
图2为测温传感器部件结构示意图。
图3为驱动电路单元示意图。
图4为温度显示单元原理图。
图5为超温报警处理单元示意图。
图6为老炼结温监测装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种电源类器件老炼结温监测装置，主要由镶嵌于电源类器件老炼夹具内部的测温传感器和老炼高温箱外部的外围辅助电路两部分组成。置于被测器件夹具内部的测温传感器精确测量被测器件的壳温，外围辅助电路将测量的器件壳温结合被测器件上电实际工况条件及器件热阻参数，计算出被测器件的实际结温，并根据器件结温的范围，判断出测量的器件实际结温是否合理，时时显示测量结果，试验过程中出现超温现象将以明显的声光报警形式提醒试验人员进行处理，按照预定的设置进行关闭试验箱加热功能，保护试验器件。
一种电源类器件老炼结温监测装置，包括镶嵌于电源类器件老炼夹具内部的测温传感器单元、老炼高温箱外部的驱动电路单元、温度显示单元、超温报警处理单元、电源及信号总线、中央控制单元、系统电源及系统保护等八部分组成，其组成示意图如图1所示。
测温传感器作用是采集被测器件的温度，驱动电路的作用是向测温传感器部分提供驱动电压和采集命令，同时向温度显示部分提供驱动电压及必需的转换信号。温度显示部分是将采集到温度信号经转化通过LED显示。超温报警处理单位的作用是根据检测的温度值结合用户设置的温度上限值，判断检测的温度值是否在合理范围之内，若异常会产生声光报警，同时按用户预设可关闭高温烘箱的加热功能以保护试验器件。电源及信号总线是为各分单元工作提供工作电源和信号传输的桥梁，起着传输电源和信号的作用。中央控制单元向接收各部分的反馈信号，同时向各单元发送控制信号，协调各单元工作。系统电源单元的作用是向各模块单元提供工作电源。系统保护模块包含系统过压过流保护子模块，主要是对系统内各模块工作电压、电流情况进行监控，避免各模块因过压、过流导致的系统工作异常情况。
测温传感器为集成电路AD590，在老炼器件插座夹具的底部设置有安装孔，用于镶嵌TO52封装AD590器件，在TO52封装AD590器件的底部安装有用于推挤AD590使AD590被测器件紧密接触的弹簧与锁紧机构，同时将AD590器件的外引线从弹簧的孔径中穿出，连接至高温烘箱外部的驱动电路部分，AD590器件的外引线采用耐高温绝缘材料保护，避免外引线之间或外引线与其他物体发生短路现象，测温传感器部件结构示意图如图2所示。
驱动电路由三大部分组成，分别为基准电压V0产生单元、温度采样控制单元和采样温度转换单元。基准电压V0产生单元由电源V2、器件U1、器件U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RP组成，温度采样控制单元由器件U3、器件U5、器件U6组成，采样温度转换单元由器件U4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7组成。电源V2为+10V直流电源，U1为器件CW78L05T，U2为温度传感器AD590，U3为多组ADG526为模拟开关矩阵组，U4为运算放大器OP07AJ，U5为中央控制单元，U6计数器，R1为1.8kΩ电阻，R2为2.2kΩ电阻，R3、R4、R5、R6、R7、均为为阻值为10kΩ电阻，Rp为可调电阻器。电源V2向器件U1和U2提供电源，U2的负端(-)连接R3后再连接GND，温度传感器U2的温度会导致在其负端产生1uA/℃的电流，从而在R3电阻产生10mV/℃的电压，U5中央控制单元和U6计数器单元向U3模拟开关矩阵组提供地址控制信号，U3模拟开关矩阵组用于控制采集温度的器件工位，通过中央控制单元U5和计数器U6达到控制不同工位温度采集显示的目的，U5中央控制器通过发送地址信号，采集对应位置温度，U6计数器用于循环定时对整个采集区循环采集显示。U1输出精密5V电压信号，其输出通过R1、R2、Rp连接至GND，通过调节可调电阻器Rp用于在V0处产生2.732V基准电压。采集的温度转变为对应的电压信号，通过R5、R6连接至U4运算放大器的(+)输入端，基准电压V0通过电阻R4连接至U4运算放大器的(-)输入端。R7为运算放大器负反馈电阻。V1为输出转换后的标准摄氏温度对应电压信号。当常温检测温度为室温25℃时，V1输出0.25V，当检测温度为150℃时，V1输出1.5V。驱动电路单元示意图如图3所示。
温度显示单元是对前期获取的温度采样值通过LED直观显示出来，试验人员直接刻读取数据进行判断。
将驱动电路单元的电压V1传入芯片AD9058，AD9058为双8位模数转换器，TTL电平输出，其将输入的模拟信号可以转换为数字信号。通过中央控制单元向AD9058发送控制信号，将输入的温度对应的电压V1转换为与其电压值对应的数字量DOUT，中央控制单元根据程序控制将DOUT信号传入信号驱动器，信号驱动器采用SG2023型电流驱动矩阵芯片，增强输出负载驱动能力，经转换增强后的信号传入LED显示模块，LED显示模块采用四位带小数点的八段共阴极的LED显示器，可以显示获取的温度值。温度显示单元原理图如图4所示。
超温报警处理单元是对用户设置的报警警戒温度与实测温度进行比较，实际温度超过警戒温度，会按照用户的预设置进行相应的处理。
用户可根据实际工况条件预设报警温度电压V2，当预设报警温度为50度时，V2可设置为0.50V，当预设报警温度为100度时，V2可设置为1.0V，当预设报警温度为125度时，V2可设置为1.25V，以此类推。预设电压可通过用户对系统电压和电位器调节进行分压产生，也可由用户外部提供。当实际检测的温度对应的电压V1超过用户预设的电压V2时，比较器会产生一个有效信号，该信号可激活声光报警装置，产生声光报警信号，通知试验人员，同时通过控制继电器关闭烘箱加热开关，避免器件因过温被烧毁，超温报警处理单元示意图如图5所示。
中央控制单元为整个系统的控制中枢，发送控制信号到各单元、接收各单元的反馈信号，协调各系统正常工作，中央控制单元的核心为微控制器C8051F040，C8051F040是完整集成了混合信号片上系统的MCU，具有64个数字I/O引脚，片内集成了8051微控制器内核、4k+256字节存储器、64KFLASH、一个CAN2.0B控制器，8位、12位A/DC，2个12位D/AC等。器件具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，是能独立工作的片上系统。
系统保护单元主要包含过压保护和过温保护两部分，过压保护采用反馈式电压监测模块，当各模块供电电源超过系统设置的电压时，电源监测部分会产生一个过压信号，过压信号通过控制继电器切断产生过压部分的信号和供电电压，防止各部分模块因供电电压异常而引起的系统烧毁问题，过流保护系统类似于过压保护系统，在各模块关键部位设置有温度监测单元，实时监测温度变化情况，当监测单元的温度超过系统设置的温度时，系统控制单元会受到一个温度超限的报警信号，系统通过控制继电器切断温度超限单元的输入信号和供电电源，防止各部分模块因温度超限异常而引起的系统烧毁问题。
根据系统需求和器件模块选型设计，系统内部要求电源有：3.3V、-5.0V、5.0V、10V、12V、15V、-15V等系统电压，系统电压由LDO及各组直流稳压器产生。
老炼结温监测装置结构示意图如图6所示。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种电源类器件老炼结温监测装置，其特征在于，包括测温传感器单元、驱动电路单元、温度显示单元、超温报警处理单元、电源及信号总线、中央控制单元、系统电源、系统保护单元；
测温传感器单元用于采集被测器件的温度；驱动电路单元用于向测温传感器单元提供驱动电压和采集命令，同时向温度显示单元提供驱动电压及必需的转换信号；温度显示单元用于将采集到的温度信号通过LED显示；超温报警处理单位用于根据检测的温度值结合用户设置的温度上限值，判断检测的温度值是否在合理范围之内，若异常会产生声光报警，同时根据用户预设关闭高温烘箱的加热功能以保护被测器件；电源及信号总线用于为各单元工作提供工作电源和信号传输通道；中央控制单元用于接收其他单元的反馈信号，同时向各单元发送控制信号，协调各单元工作；系统电源单元用于提供总电源；系统保护单元包含系统过压过流保护子模块，用于对各单元的工作电压、电流情况进行监控，避免各单元因过压、过流导致的系统工作异常情况。
2.根据权利要求1所述的电源类器件老炼结温监测装置，其特征在于，测温传感器单元采用集成电路AD590，在老炼器件插座夹具的底部设置有安装孔，镶嵌TO52封装集成电路AD590，在TO52封装集成电路AD590的底部安装有用于推挤集成电路AD590使集成电路AD590与被测器件紧密接触的弹簧与锁紧机构，同时将集成电路AD590的外引线从弹簧的孔径中穿出，连接至高温烘箱外部的驱动电路单元，集成电路AD590的外引线采用耐高温绝缘材料保护。
3.根据权利要求2所述的电源类器件老炼结温监测装置，其特征在于，温度显示单元包括芯片AD9058、信号驱动器、LED显示模块；
驱动电路单元的电压V1传入芯片AD9058，芯片AD9058为双8位模数转换器，通过TTL电平输出，芯片AD9058将输入的模拟信号转换为数字信号；中央控制单元向芯片AD9058发送控制信号，将输入的温度对应的电压V1转换为与其电压值对应的数字量DOUT，中央控制单元将数字量DOUT传入信号驱动器，信号驱动器采用SG2023型电流驱动矩阵芯片，增强输出负载驱动能力，经转换增强后的信号传入LED显示模块，LED显示模块采用四位带小数点的八段共阴极的LED显示器，显示获取的温度值。
4.根据权利要求1所述的电源类器件老炼结温监测装置，其特征在于，超温报警处理单元包括比较器；当实际检测的温度对应的电压V1超过用户预设的电压V2时，比较器会产生一个有效信号，该信号激活声光报警装置，产生声光报警信号，通知试验人员，同时通过控制继电器关闭烘箱加热开关，避免器件因过温被烧毁。
5.根据权利要求1所述的电源类器件老炼结温监测装置，其特征在于，系统保护单元包括过压保护和过温保护两部分，过压保护采用反馈式电压监测模块，当各单元供电电源超过系统设置的电压时，电源监测模块会产生一个过压信号，过压信号通过控制继电器切断产生过压部分的信号和供电电压，防止各单元因供电电压异常而烧毁；过流保护系统，在各单元内设置有温度监测单元，实时监测温度变化情况，当监测单元的温度超过系统设置的温度时，过流保护系统会收到一个温度超限的报警信号，通过控制继电器切断温度超限单元的输入信号和供电电源，防止各单元因温度超限异常而烧毁。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源类器件老炼结温监测装置，其特征在于，驱动电路单元包括基准电压V0产生单元、温度采样控制单元和采样温度转换单元；基准电压V0产生单元由电源V2、器件U1、器件U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻RP组成，温度采样控制单元由器件U3、器件U5、器件U6组成，采样温度转换单元由器件U4、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7组成；电源V2为+10V直流电源，U1为器件CW78L05T，U2为温度传感器AD590，U3为多组ADG526为模拟开关矩阵组，U4为运算放大器OP07AJ，U5为中央控制单元，U6为计数器，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、均为电阻，Rp为可调电阻器；
电源V2向器件U1和U2提供电源，U2的负端连接R3后再连接GND，温度传感器U2的温度会导致在其负端产生1uA/℃的电流，从而在R3电阻产生10mV/℃的电压，U5中央控制单元和U6计数器单元向U3模拟开关矩阵组提供地址控制信号，U3模拟开关矩阵组用于控制采集温度的器件工位，通过中央控制单元U5和计数器U6达到控制不同工位温度采集显示的目的，U5中央控制器通过发送地址信号，采集对应位置温度，U6计数器用于循环定时对整个采集区循环采集显示；U1输出精密5V电压信号，通过R1、R2、Rp连接至GND，通过调节可调电阻器Rp用于在V0处产生2.732V基准电压；采集的温度转变为对应的电压信号，通过R5、R6连接至U4运算放大器的输入端，基准电压V0通过电阻R4连接至U4运算放大器的输入端。
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