TWI417555B - 群組電路模組中自我測試，監控和診斷程式 - Google Patents

Description

群組電路模組中自我測試，監控和診斷程式

本發明係關於一種用於對受電性測試之電容器提供電源之一旋轉電容器電性測試系統，特定言之係關於具有群組電路模組中自我測試、監控和診斷能力之一旋轉電容器電性測試系統。

用於自動確定複數個待測試電容器之電容、消耗因數與絕緣電阻之裝置眾所週知，例如參見美國專利第4,931,721號。一已知旋轉電容器電性測試系統包括對受電性測試之一電容器提供電壓源之一儀器。該儀器包含垂直插入一卡籠的四個不同類型之電路板的兩個群組。該等電路板可獨立地予以插入與移除。該等電路板可一起工作以提供該電壓源、電流源與輸出電壓測量能力。將該電路分割成四個分離的電路板，因為使所有此電路適合可用形狀因數並不可行。當第一次裝配該系統時，可在該等個別電路板上進行電路內驗證，並可製作一測試夾具來測試每一電路板。然而，該等電路板之群組不可一起測試直至其全部安裝在該系統內並運行一系統測試程序。當在此電路板之群組中出現故障時，並不立即顯示在該群組中哪個電路塊板失效。因此，必須檢查所有四塊電路板之問題。

當電路板確實失效時，不知道電路板已運行多久，不知其輸出條件，以及該電路板已承受之溫度。此資料在決定該電路之生命週期及理解失效模式與缺陷方面將很有用 處。

若有可能監控敏感電路並在受到特定限制時關閉或標記錯誤，則能夠防止某些故障。沒有板上智慧，則此難以實現。

另一問題係保證此等電路板之追蹤。若用戶從一備用系統取出一電路板以再次運行一失效系統，則此違反保修政策。然而除了寫在該印刷電路板(PCB)上之手寫序號外，無法追蹤此事件。

可以許多不同方法分離地測試個別電路板以確保其得以正常建立。然而，最終需要將其插入一系統以確認其彼此一起運作，因此必須運行一系統內測試。若偵測到一故障，則必須進行系統內診斷。

現有電性電容器測試儀器不使用一模組方法。由於在現有系統中存在有限的內部讀回能力，因此必須使用許多外部儀錶進行故障檢修及校準系統內之電路板。以印刷電路板上之手寫數字來處置串列化，且其並不被該硬體認知。

一種用於提供進行電性測試之一電容器一電源之旋轉電容器電性測試系統可包括至少一可程式電壓源、至少一可程式電流源，以及用於程式化該等電壓源與電流源之一控制器。可提供隨機存取非揮發性記憶體以儲存資訊及提供該控制器讀取/寫入介面能力。可提供至少一類比/數位轉換器用於在該控制器與該等可程式電壓源及電流源之間相通。該系統可包括一診斷程式，其透過該控制器可操作用 於測試至少一些子系統之基本輸入/輸出功能之內部完整性。該系統可具有一電路健全監控程式，其可透過該控制器操作用於週期性測試及決定至少一些子系統之內部完整性。透過該控制器操作一自我測試程式以決定至少一些子系統是否正在一測試/失效基礎上正常工作。

對於熟悉技術人士，結合附圖閱讀下文對為實施本發明所設想的最佳模式之說明，本發明之其他應用將顯而易見。

用於電容器電性測試之下一代電源與測量儀器組合輸出一測試電壓波形至一機械裝配件上所需的所有電路。此裝配件包含彼此平行黏著且經由電路板至電路板連接器連接之兩個電路板。此裝配件稱為模組。此裝配件使用該儀器之模組性質以改良診斷能力、健全監控與自我測試能力。

當然，執行初始步驟，驗證一電路板得以正確裝配並正常啟動。一旦此步驟完成，可一起裝配該等電路板並可以開始模組測試。

該模組經設計以插入一底板中，該底板經一高速平行匯流排與一主控制器相通。該主控制器與一主機個人電腦通訊，該主機個人電腦能運行一診斷介面以測試該模組。插入該底板之該電路板具有一FPGA，其將位址與資料解碼成命令並在該模組上執行適當功能。使該電路板具有智慧並能使用一診斷介面與該電路板相通，可提供技術人員更多資訊以縮小已出現故障之位置。

此特定模組之主要部分係五個獨立控制之可程式電流源與兩個獨立控制之可程式電壓源。可能使用一16位元數位至類比轉換器程式化該電流，且可能使用一12位元類比至數位轉換器在全部五個通道上讀回該電流。亦有可能測量該等五個通道之每一通道的輸出電壓，以及該等電壓源之每一電壓源之輸出。因此，可能在診斷介面中運行一讀回測試，其中設定一電壓並隨後讀回，且設定一電流並隨後讀回。若該等讀回電流與電壓在一可接受範圍內，則可以說彼等子系統在運作。其他軟體可與一外部儀器一起使用以確認正確性並執行校準，但此方法對該電路進行第一階檢查。若一通道不良，則技術人員可透過該電路鏈追蹤以找到故障。為達到最大自動化，可將整個例行程序放入一軟體迴路中且在所有通道上依序執行。可有限比較該資料並顯示一通過/失敗結果。在高功率區段之散熱器上之溫度感測器可監控溫度並在達到限制時發出一錯誤信號。由於在一模組中之電路板之間可直接發生相通，因此可直接發生關閉引起錯誤之電路。

在電源關閉後，包括在模組中之非揮發性記憶體以儲存資訊。在若干方法中其可能非常有用。此記憶體可儲存一唯一電子序號以有助於追蹤實行保證發行之電路板。亦可用於追蹤一電路板製造與測試之時間與地點。此外，在操作期間，可以關於已運行之時間量之資訊、以及(例如)平均的環境與散熱器溫度以及輸出電壓與電流之統計的資訊更新記憶體。在一故障事件中，該資料可讀回並可提供關 於該電路板失效之時間、如何失效以及失效原因之線索。

自我測試係診斷能力之一超集合。該等診斷程式提供最低位準功能以讀取及寫入模組中之電路。一更高位準功能或程式可使用此等功能以測試模組上之完整子系統。在設定輸出後讀回結果之能力允許此測試程序自該測試得到自動回授，因此稱作術語「自我測試」。可在該系統電力開啟時或根據命令執行此等程序。

在現代系統中，診斷程式、監控與自我測試能力並不是一個新觀點。然而，接受插入模組之一平臺而非執行一特定功能之一儀器的觀點係該電容器電性測試產業之新觀點。模組更易於保持及測試，並提供用於可重新使用現有設計之遞增發展之一空置路徑。

保持該等電路板為一機械裝配阻止該模組之個別電路板回火。只要將該等電路板保持在一起，則該等修訂將相容且任何校準資訊將相關。

在下一代電容器電性測試儀器中之模組包含高功率電路，其可在高達並高於300 VDC之高電壓下操作。因此，監控散熱器與功率輸出電路對防止起火與出現故障很重要。若溫度達到一有限跳脫點，則可立即關閉全部模組以消除危險並對主控制器標記錯誤。若一模組在操作期間失效，則可將其取出並以一新模組替換。此確保一失效模式可在盡可能短之時間內返回操作。一旦自該系統取出該失效模組，則可置入另一診斷系統以指出故障。較佳在該電路板離線時發生故障檢修時間，以使客戶能返回生產。若 該電路板在關鍵區域具有內部讀回能力，則可寫入一軟體常式以自動化該測試程序。若此不存在，則可使用仍有助於指出問題之外部儀器接著一類似程序。

為幫助決定一電路板如何及為何失效，可採用散熱器與環境溫度、輸出電壓、時間戳記及關於該模組之任何其他相關資訊週期性更新模組中之非揮發性記憶體。當一故障發生時，其亦可被記錄在記憶體中。當該模組被移除並經受一測試程序時，可檢查此等登錄資料以有助於故障檢修。

一模組在安裝於其目標系統中之前亦可個別進行測試。若初始發現故障，則可使用該相同診斷介面在其安裝於一系統之前追蹤問題。

該模組方法可導致在某些情形中電路減少。當將電路板組成一模組時，則僅需要該模組中之一塊電路板以與底板介接。由於該等電路板彼此連接且可以此方式相通，此意味可自整個系統移除某些底板介面電路。

現在參考圖1，根據本發明之一項具體實施例的一旋轉電容器電性測試系統10提供欲進行電性測試之一電容器一電源。該系統10包括至少一可程式電壓源12與至少一可程式電流源14。提供一控制器16以用於程式化該等電壓源與電流源12、14。隨機存取非揮發性記憶體18提供該控制器讀取/寫入介面能力且可用於儲存資訊。至少一類比/數位轉換器20提供在該控制器16與該等可程式電壓源及電流源12、14之間的相通。該控制器16可為場可程式閘極陣列 (FPGA)之形式。

一輸出電壓感測器22測量一輸出電壓值並與用於決定是否已成功遞送一程式化電壓值之該控制器16相通。一輸出電流感測器24測量一輸出電流值並與用於決定是否已成功遞送一程式化電流值的該控制器16相通。可提供至少一溫度感測器26用於監控該等可程式電壓源與電流源12、14。該控制器16可比較一測量溫度值以決定是否已超過一臨界值，且若已超過該臨界值，則該控制器16關閉產生過熱之一對應電壓源與電流源12、14子系統，該過熱被決定為超過該臨界值之該測量溫度值感測。

該控制器16與儲存在隨機存取非揮發性記憶體18中之資訊互動。藉由該控制器16讀取及/或寫入之資訊可包括選自由下列各項所組成之一群組之資料：一累積印刷電路板操作時間，及最大印刷電路板操作溫度、一平均印刷電路板操作溫度、一最大印刷電路板輸出條件、一平均印刷電路板輸出條件、內部印刷電路板識別資訊、一電子印刷電路板序號、一印刷電路板製造日期、一印刷電路板製造地點、一印刷電路板韌體版本、一印刷電路板軟體版本、一平均環境溫度、一最大環境溫度、一平均散熱器溫度、一最大散熱器溫度、一平均電壓輸出、一最大電壓輸出、一平均電流輸出、一最大電流輸出、一最後印刷電路板測試日期、一最後印刷電路板測試結果及其中任何組合。

一主機電腦28可與該控制器16相通連接用於運行一自我測試程式以透過一16位元數位至類比轉換器30設定至少一 可程式值並透過一12位元類比至數位轉換器32接收回一測量值，從而透過該控制器16測試至少一完整子系統以決定測試之完整子系統是否正常運作。

透過該控制器16可操作一診斷程式用於測試至少一些子系統之基本輸入/輸出功能之內部完整性。可透過該控制器16操作一電路健全監控程式以週期性測試及決定至少一些子系統之內部完整性。透過該控制器16操作一自我測試系統以決定至少一些子系統在一測試/失效基礎上正常工作。控制器16可程式化一測試電壓波形之一輸出且可程式化一測試電流波形之一輸出。

本發明已配合目前認為最實際且較佳的具體實施例進行說明，熟知技藝人士應知道，本發明不是受限於本文中揭示的特定具體實施例，反之，而是涵蓋隨附申請專利範圍精神與範疇內的各種修改及同等級排列，該範疇係給予最廣義解釋以便涵蓋法律允許之所有此等修改與等效結構。

10‧‧‧旋轉電容器電性測試系統

12‧‧‧可程式電壓源

14‧‧‧可程式電流源

16‧‧‧控制器

18‧‧‧隨機存取非揮發性記憶體

20‧‧‧數位至類比轉換器

22‧‧‧輸出電壓感測器

24‧‧‧輸出電流感測器

26‧‧‧溫度感測器

28‧‧‧主機個人電腦

30‧‧‧16位元數位至類比轉換器

32‧‧‧12位元類比至數位轉換器

本說明參考附圖，其中其中相同參考數字指數個圖式中的相同元件，且其中：圖1係根據本發明之一項具體實施例用於提供進行電性測試之一電容器一電源的一旋轉電容器電性測試系統中之子系統的示意圖。

10‧‧‧旋轉電容器電性測試系統

12‧‧‧可程式電壓源

14‧‧‧可程式電流源

16‧‧‧控制器

18‧‧‧隨機存取非揮發性記憶體

20‧‧‧數位至類比轉換器

22‧‧‧輸出電壓感測器

24‧‧‧輸出電流感測器

26‧‧‧溫度感測器

28‧‧‧主機個人電腦

30‧‧‧16位元數位至類比轉換器

32‧‧‧12位元類比至數位轉換器

Claims (17)

1. 一種用於對受電性測試之複數個電子元件之每一者提供一電源的旋轉電容器電性測試系統，該測試系統與每一待測試之電子元件電性接觸，用於測量受電性測試之每一電子元件的至少一電壓值與至少一電流值，該測試系統包括：至少一可程式電壓源，其耦合至一各自的電壓輸出通道；至少一可程式電流源，其耦合至一各自的電流輸出通道；一控制器，其用於程式化該至少一可程式電壓源之一電壓源以遞送一程式化電壓值到其各自的電壓輸出通道及獨立地程式化該至少一可程式電流源之一電流源以遞送一程式化電流值到其各自的電流輸出通道；隨機存取非揮發性記憶體，其用於儲存資訊及為該控制器提供讀取/寫入介面能力；至少一數位/類比轉換器，其用於在該控制器與該等可程式電壓源及電流源之間通訊；以及一主機電腦，其與該控制器通信俾用於運行一自我測試程式以設定至少一可程式值並接收回一測量值，從而透過該控制器測試至少一完整子系統以決定該測試之完整子系統是否正常運作。
2. 如請求項1之測試系統，其中該控制器進一步包括一場可程式閘極陣列。
3. 如請求項1之測試系統，其進一步包括：一輸出電壓感測器，其用於測量在該電壓源之各自的電壓輸出通道中之該電壓源之一輸出電壓值並與該控制器通訊以比較該輸出電壓值與該程式化電壓值來決定是否已成功遞送該程式化電壓值。
4. 如請求項1或2之測試系統，其進一步包括：一輸出電流感測器，其用於測量在該電流源之各自的電流輸出通道中之該電流源之一輸出電流值並與該控制器通訊以比較該輸出電流值與該程式化電流值來決定是否已成功遞送該程式化電流值。
5. 如請求項1之測試系統，其進一步包括：一診斷程式，其可透過該控制器操作用於測試至少一些子系統之基本輸入/輸出功能之內部完整性。
6. 如請求項1之測試系統，其進一步包括：一電路健全監控程式，其可透過該控制器操作用於週期性測試及決定至少一些子系統之內部完整性。
7. 如請求項1之測試系統，其進一步包括：該自我測試系統，其可透過該控制器操作用於決定至少一些子系統是否在一測試/失效基礎上正常工作。
8. 如請求項1之測試系統，其中該至少一可程式電流源與該至少一可程式電壓源進一步包括：五個獨立控制的可程式電流源；以及兩個獨立控制的可程式電壓源。
9. 如請求項1之測試系統，其中該程式化電壓值係一測試 電壓波形以及/或該程式化電流值係一測試電流波形。
10. 如請求項1之測試系統，其進一步包括：至少一溫度感測器，其用於監控該等可程式電壓源與電流源。
11. 如請求項10之測試系統，其中該控制器比較一測量溫度值以決定是否已超過一臨界值，若已超過該臨界值，則該控制器關閉產生過熱之一對應電壓源與電流源子系統，該過熱由決定為超過該臨界值之該測量溫度值所感測。
12. 如請求項1之測試系統，其中該控制器與儲存於隨機存取非揮發性記憶體內之資訊互動以及該資訊係選自由下列各項所組成之一群組之資料：累積電路板操作時間、最大電路板操作溫度、平均電路板操作溫度、最大電路板輸出條件、平均電路板輸出條件、內部電路板識別資訊、電子電路板序號、電路板製造日期、電路板製造地點、電路板韌體版本、電路板軟體版本、平均環境溫度、最大環境溫度、平均散熱器溫度、最大散熱器溫度、平均電壓輸出、最大電壓輸出、平均電流輸出、最大電流輸出、最後電路測試日期、最後電路測試結果及任何其組合。
13. 一種用於對受電性測試之一電子元件提供一電源之電性測試系統，其包括：至少一可程式電壓源；至少一可程式電流源； 一控制器，其用於程式化該等電壓源與電流源，其中該控制器程式化一測試電壓波形與一測試電流波形之一輸出用於遞送到至少一輸出通道；隨機存取非揮發性記憶體，其用於儲存資訊並為該控制器提供讀取/寫入介面能力，其中該控制器與儲存在該隨機存取非揮發性記憶體中之資訊互動，且該資訊係選自由下列各項所組成之一群組之資料：累積電路板操作時間、最大電路板操作溫度、平均電路板操作溫度、最大電路板輸出條件、平均電路板輸出條件、內部電路板識別資訊、電子電路板序號、電路板製造日期、電路板製造地點、電路板韌體版本、電路板軟體版本、平均環境溫度、最大環境溫度、平均散熱器溫度、最大散熱器溫度、平均電壓輸出、最大電壓輸出、平均電流輸出、最大電流輸出、最後電路測試日期、最後電路測試結果及任何其組合；至少一數位/類比轉換器，其用於在該控制器與該等可程式電壓源及電流源之間通訊；至少一溫度感測器，其用於監控該等可程式電壓源與電流源且與該控制器通訊以決定是否已超過一臨界溫度值；一輸出電壓感測器，其用於測量一輸出電壓值並與該控制器通訊以決定是否已成功遞送一程式化電壓值；一輸出電流感測器，其用於測量一輸出電流值並與該控制器通訊以決定是否已成功遞送一程式化電流值； 以及一主機電腦，其與該控制器通訊俾用於運行一自我測試程式以設定至少一可程式值並接收回一測量值，從而透過該控制器測試至少一完整子系統以決定該測試之完整子系統是否正常運作。
14. 如請求項13之電性測試系統，其進一步包括：一診斷程式，其可透過該控制器操作用於測試至少一些子系統之基本輸入/輸出功能之內部完整性。
15. 如請求項13之電性測試系統，其進一步包括：一電路健全監控程式，其可透過該控制器操作用於週期性測試及決定至少一些子系統之內部完整性。
16. 如請求項13之電性測試系統，其進一步包括：該自我測試系統，其可透過該控制器操作用於決定至少一些子系統是否在一測試/失效基礎上正常工作。
17. 一種用於對受電性測試之複數個電子元件之每一者提供一電源的電性測試系統，其包括：一分組電路模組包括：複數個單獨的可程式電源，其每一者耦合至一輸出通道；一控制器，其經組態以程式化該等電源之每一者至一各自的輸出值及讀取在每一相應的輸出通道之一測量值；以及隨機存取非揮發性記憶體，其用於儲存資訊及為該控制器提供讀取/寫入介面能力；以及 一主機電腦，其與該控制器通訊用於運行一自我測試程式以相繼地程式化該等電源之每一者至其各自的輸出值，及利用該控制器讀取在每一相應的輸出通道中之該測量值以決定該測試之完整子系統是否正常運作。