DM3000万用表在电源行业的应用

引言
   近几年，随着各类电子产品走进千家万户，程控交换机、通讯、电脑、控制设备、家用电器等行业都迅速发展。而在这些设备中被广泛采用的开关电源，也迎来了一个发展热潮，电源技术更是日新月异，开关电源开始向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。同时，电源产品的设计验证和功能测试也越来越为严格何严谨，除了传统的精度需求以外，还对测试设备提出了更高的要求。例如：
    测试过程中计算机的介入，需要测试仪器具有上位机通信能力，而且由于众多仪器集合在一个系统中，还需要测试仪器拥有多种接口和可以相互兼容的命令集结构；
    由于测试和生产的规模效应，大量仪器在一个车间中运行，不可避免的会相互干扰。这就需要测试仪器具有较强的抗*力，以避免因为干扰而造成测试数据的不可靠；
    随着对生产效率的要求越来越高，还需要仪器具有自动化特性和高速测量特性等。
    为了解决上述问题，满足测试工程师的测试需求，RIGOL推出了DM3000系列万用表，除了具备以上优点以外，DM3000还具有强大的数据处理能力，任意传感器测试功能和多路巡检功能，这就可以极大提高测试工程师的测试效率。

应用实例
    下图所介绍的电源测试系统，是某电源生产厂商使用的测试系统。该系统集成了示波器，电子负载仪、上位机、万用表和测试工装，其中集成了示波器，电子负载仪、上位机、万用表通过机架组装在一起，各仪器与电脑间通过传统的GPIB接口进行数据传输和通信。外部的测试工装用于装载开关电源产品，测试工装的电路板设置若干个测试点，通过外部的继电器电路连接到DM3000的表笔上。通过上位机控制继电器的切换，万用表可以对各个测试点进行逐一测试。
    该测试系统具有以下特点：
    1. 可以对电源产品进行全面检测。测量的项目不但包括输出电压，输入电压，电源功率，纹波等传统参数，还包括不同负载电源效率，不同输出电平时功率，输入输出阻抗等177个各类参数；
    2. 测试平台*自动化，整个过程实现无人职守。测试过程中只需要操作人员更换被测产品并按下测试按钮即可；
    3. 一次测量完毕结果自动保存到上位机。测试过程没有任何人为干预，自动为电源测试和开发人员保存*手资料，为产品和测试方法的改进提供了*手资料。

DM3000在系统中应用
    以下将着重从DM3000系列万用表——以系统中应用的DM3052为例的性能出发，介绍万用表的使用情况和具体问题的解决。

测量
    生产线上对测试速度的要求很高，高速度意味着产品测试周期短，减小产品生产的时间成本，有利于提高生产效率。DM3052本身具有50K/S的采样速率，且有5位半，4位半，3位半三种读数精度可供客户选择，分别给客户提供了慢速，中速和快速三种测量速率。下表阐述了DM3052的不同精度时的测试速率以及和某同类产品的对比。从表中我们可以看出使用了DM3052以后177个项目的测试效率提高了近十个百分点！极大的提高了生产效率。

表一 DM3052单项测试时间

读数精度	5位半	4位半		3位半
测试速度	438ms	234ms		172ms
量程选择	直流电压48V
读数精度	0.0005	0.0006	0.0008

表二 DM3052与同类产品对比

	DM3052	某同类产品
速度选择	中速
单项速度	约250ms	约360ms
总耗时	约88s	约98s

    同时在测量的过程中，必然要进行不同量程的切换，这就需要测试设备可以自动切换档位，那么这个切换的时间也必然会影响测试效率。DM3052的档位切换速度远远大于市场上的同类产品。以测量直流电压3.3mv到5v为例，DM3052自动寻档从200mv档到20v档，到稳定的测量得到5v电压值，只需要234ms，速度远远快于绝大部分同类产品的640ms。而且在速度提高的同时保证了测量精度，使读数准确度在0.002以内。
    当然测量指的的不仅是测试设备有快的测试速度，还包括测试结果的精度要求。DM3052可以满足多种测量速度的需求，而对应中，快，慢三种测试速度时其读数精度都不超过0.1%，*达到了客户测试指标（0.004），同时也基本可以满足测试市场绝大部分客户的需求。


抗干扰
    通常开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到输入端产生共模干扰，影响到标准信号的测量。比如，在测量带共模干扰的+5V直流信号时，所带的干扰在直流成分上叠加了500mV左右的交流成分，信号如图三所示，以往同类产品测量此类信号时的幅值偏大。DM3052在硬件上解决了这一问题，避免了共模干扰产生的影响，因此DM3052抗共模*力良好，可以极大提高测量准确度。

上位机通信
    DM3052具有多种接口配置：GPIB，LAN，RS232和USB Device，具有良好的兼容性，满足不同接口的上位机通讯控制。现代的测试系统经常需要由多个设备组成，如该电源测试系统就包括示波器，万用表，电子负载，程控电源以及与之相连接的测试工装。这些设备由不同的通讯接口连接到上位机，从而被控制和操作，测试平台是否能保证顺利测量，关键之一在于通讯接口卡的兼容性,目前的工业控制大部分还是沿用世纪初的GPIB,而同类万用表产品出现的问题在于其GPIB接口卡与平台主机兼容性不好，和其他GPIB设备共用一台上位机总线资源会发生冲突，DM3052具有良好的接口兼容特性，通过了与NI，ADLINK等各厂家GPIB卡兼容性测试，且无一冲突的通过开关电源生产线不同平台上的现场测试。
    与上位机的通信接口只是zui基础的一部分，命令集也是*的一个关键要素。DM3052机器内部除了配套有RIGOL公司自研发的一套精简命令协议，还兼容通用标准的SCPI命令协议和FLUKE公司的命令协议。这就避免了系统中仪器更新时因为命令集不能兼容造成的程序紊乱，测试无法进行，必须重新开发测试软件的弊端，去除了众多测试工程师的隐忧，使得测试仪器朝着“来之能换，换之可用"的全面兼容时代发展。
    DM3052的命令集除了兼容特性以外，还有一些合理的细节化设置。例如在测量200kHZ信号的频率时，受环境影响有时候会测不准，信号如图四所示，由于该信号受到外部的干扰导致幅度减小，而判断信号的电压阈值设置相对过高，使得部分时刻的信号没有被检测到。由于这个阈值由量程电压值决定，是10%＊量程电压值，从硬件的角度来改比较复杂，迅速解决的方案是通过将所有测频命令从“:FREQ？"改成“:FREQ？MID,MIN"，将量程当位设成zui小200mv, 这样问题很快得到解决。因此可见，适合的命令集是实现自动化测试*的一环。

结束语
    随着计算机和电子工业的迅速发展，测试测量行业已经开始向以高速、和为特点的自动化时代迈进，DM3000系列万用表正式在这种大潮下应运而生的。随着各项优势的不断展露，DM3000必将取得更加广泛的应用空间！

   

图一 RIGOL的DM3000系列万用表                 图二 开关电源测试平台

  

图三 带共模干扰的+5V直流信号                图四 受干扰的200kHZ交流电压信号