DC-DC電源模塊通用測試方法設計*

馬 程 閻燕山 劉春冉

（中國航空無線電電子研究所 上海 200241）

1 引言

電源模塊廣泛應用于通信、工業自動化、電力控制、軍工等行業，主要用于實現電源系統的隔離降噪、電壓轉換、穩壓、保護等功能。電源模塊的性能及可靠性直接影響電子產品的質量，對于航空航天等軍工領域，電源模塊在裝機使用前需要進行二次篩選，設計專用的插座適配器是提高電源模塊性能測試效率和安全性的重要手段。

電源模塊典型性能參數通常包括輸出電壓、輸入電流、電壓調整率、負載調整率、效率等。在性能參數檢測過程中，需要使用的測試設備包括直流電源、電子負載、數字電壓表、示波器等，插座適配器與外部測試設備的接口有電源接口、負載接口、輸入/輸出電壓測試接口、示波器接口等。

不同電源模塊插座適配器的外部接口相似，但是其結構、布局設計可能不同，例如電源模塊與插座適配器連接方式包括爪簧插座連接，雙列單鎖緊座連接，單列雙鎖緊座連接等。同時，外部接口的種類、數量和位置也沒有統一的標準，這在一定程度上影響了電源模塊插座適配器的通用性，增加了其設計制造成本。

因此，本文提出了一種標準化的適配器結構模型，并基于電源模塊引腳分布數據、插座適配器區域分布數據建立了一種通用適配器設計方法，形成了電源模塊從新品導入、批量測試到適配器管理全周期的數字化檢測管理方法。

2 通用插座適配器結構設計

電源模塊通常包含雙列引腳結構，如圖1所示。同列引腳間距y通常為2.54mm的整數倍，不同電源模塊引腳列間距x差異可能較大，通過采用雙列單鎖緊座結構用于插座適配器與電源模塊的連接，可以減小引腳列間距x的差異對適配器通用性的影響。

圖1 典型電源模塊結構

通用插座適配器結構設計如圖2所示。外部接口區域實現測試設備與插座適配器的互連，PCB布線區域實現電源、負載等接口與電源模塊相應引腳的連接，器件安裝區域實現電源模塊在插座適配器上的插裝更換，此結構模型規定了插座適配器的接口位置以及電源模塊插裝區域的結構。

圖2 通用插座適配器結構模型

3 電源模塊引腳分布分析

3.1 結構模型量化

典型電源模塊結構如圖1所示，為了實現電源模塊引腳分布的數字化管理，對典型電源模塊結構進行抽象、建模和編碼，如圖3所示。規定電源模塊引腳垂直向下時，左上角第一個引腳為坐標零點建立笛卡爾坐標系，編碼方向為視圖逆時針方向。

圖3 電源模塊簡化模型

對于電源模塊簡化模型中的任意一個節點，應當包含以下信息：

1）引腳坐標（x，y）；

2）引腳類型k；

3）引腳直徑d。

電源模塊編碼為i的引腳可以數字化為

進一步可以將整個電源模塊量化為n個引腳節點數據，其中X為電源模塊的型號規格。

3.2 引腳分布特征分析

3.2.1 引腳類型k

電源模塊引腳類型具有可枚舉性，不同生產廠家對于同一類型引腳的命名可能不同，通過數字編碼使同類型引腳具有相同的唯一數字編碼，典型電源模塊引腳類型及其對應數字編碼如表1所示。

表1 電源模塊引腳類型

輸入引腳（編碼1和編碼2對應引腳）通常需要與直流電源、數字電壓表相連，輸出引腳（編碼4和編碼5）通常需要與電子負載、數字電壓表相連，禁止端（編碼3）為電源模塊使能開關，通常通過接地來控制電源模塊的開通與關斷。感應端（編碼6和編碼7）通常需要與相應輸出引腳互連。編碼1～7對應類型引腳在性能檢測時需要接線測試，因此針對引腳類型1～7開展通用插座適配器研究。

3.2.2 引腳直徑d

電源模塊引腳直徑的典型值為1mm，部分大功率電源模塊的引腳直徑可能為2mm。由于電源模塊插裝時需要考慮與適配性的尺寸匹配，因此需要考慮引腳直徑參數對通用插座適配器設計的影響，通過將實際直徑做無量綱化處理后賦值給引腳節點的特征參數d，即：

3.2.3 引腳坐標（x，y）

引腳坐標是電源模塊引腳的相對位置坐標，規定node（1）引腳為坐標0點，（x（n），y（n））為引腳節點n相對于節點1的坐標值。

為了使電源模塊在插裝時可以統一將最上端引腳安裝于鎖緊座的第一個孔位，防止人為誤插裝，當電源模塊存在右側引腳位置高于左側引腳時，需進行坐標0點修正，具體如圖4所示，建立一個虛擬坐標零點node（0），同時規定其引腳類型、直徑與node（1）一致。當電源模塊引腳分布數據中存在虛擬節點node（0）時，規定（x（n），y（n））為節點n相對于節點0的位置坐標，具體表示為

圖4 修正坐標零點示意圖

3.3 引腳分布數據庫建立

元器件測試站通常需要對各種不同規格型號的電源模塊開展測試，電源模塊的引腳分布數據可以在產品手冊中獲取。根據3.1和3.2章節的步驟，可以將測試站所有電源模塊抽象量化為節點數據，形成的引腳分布數據庫結構如表2所示。

表2 電源模塊引腳分布數據庫

數據庫中若存在node（0），則表示電源模塊存在虛擬引腳坐標零點。

4 插座適配器區域分布數據

4.1 區域分布模型

根據電源模塊通用插座適配器結構，電源模塊通常被安裝于雙列單鎖緊座結構上，如圖5（a）所示。當兩款電源模塊引腳分布相似時，可以安裝于同一雙列單鎖緊座結構上，實現插座適配器的復用，如圖5（b）所示。雙列單鎖緊座結構提高了適配器的通用性，當不同電源模塊適用同一插座適配器時，可以定義適配器的連接區域類型，例如圖5（b）中左側鎖緊座的7～8位置為INH區域，右側鎖緊座的2～3為VOUT+區域。

圖5 雙列單鎖緊座電源模塊安裝圖

4.2 區域分布特征分析

4.2.1 區域類型k1

可以將通用插座適配器的區域劃分為三類。

1）功能區域，規定類型為編碼1～7的引腳在插座適配器上對應的區域為功能區域；

2）非功能有連線區域，規定類型不是編碼1～7，且PCB布線時有連接的鎖緊座區域位置為非功能有連線區域；

3）非功能無連線區域，規定類型不是編碼1～7，且PCB布線時未連接的鎖緊座區域位置為非功能無連線區域。

功能區域按照插裝電源模塊引腳類型進行劃分，采用表1中的數字編碼作為區域類型k1的取值，為了方便數字化處理，定義c）類適配器區域類型k1的取值為0。

4.2.2 區域坐標（x1-x2，y1）

為了實現電源模塊與插座適配器的適配性分析，定義區域坐標零點為左側鎖緊座的1腳位置（與電源模塊坐標零點一致），x1～x2代表適配器類型區域的坐標范圍，例如圖5（b）中INH的坐標范圍為2.54mm*6～2.54mm*7，y1為鎖緊座位置標記，規定y1=0代表左側鎖緊座，y1=1時代表右側鎖緊座。

4.2.3 PCB布線標識s1

s1表征該鎖緊座區域是否通過PCB布線產生互連，當s1=0時表示PCB布線并未連接該區域。通過定義s1可以進一步提高插座適配器的通用性，電源模塊某些非功能引腳（例如NC，CASE等）落在無PCB連線的區域時，不影響插座適配器適用于該款電源模塊的測試。

4.3 區域分布數據庫建立

定義插座適配器區域分布量化函數為g（p）：

其中，region（i）的定義為

區域分布數據庫將不同插座適配器的雙列單鎖緊座結構數字量化為多個區域節點，如表3所示。

表3 插座適配器區域分布數據庫

5 電源模塊檢測管理方法

5.1 引腳分布相似度分析方法

引腳分布相似的不同電源模塊可以共用同一款插座適配器，基于電源模塊引腳分布數據庫實現引腳分布相似性的量化分析，以電源模塊X和Y的引腳類型VOUT+為例進行說明，實際相似度分析時需要對編碼1～7所有類型引腳逐項開展以下分析流程：

1）第一步：在引腳分布數據庫中查詢X和Y的引腳分布數據f（X）和f（Y）；

2）第二步：查詢f（X）和f（Y）中引腳類型VOUT+的編碼分別為n1和n2，調用節點n1和n2的引腳坐標f（X）.node（n1）.y和f（Y）.node（n2）.y，判定n1和n2是否分布在同一側的鎖緊座上，若為同一側則記住左/右側信息c，否則得到兩種電源模塊引腳分布不相似的結論；

3）第三步：在f（X）和f（Y）中調用節點n1和n2的引腳坐標f（X）.node（n1）.x和f（Y）.node（n2）.x，判斷電源模塊X和Y在c側是否存在位于（f（X）.node（n1）.x，f（Y）.node（n2）.x）區間范圍內的引腳，若無則表示電源模塊X和Y的引腳類型VOUT+分布相似，若有則得到兩種電源模塊引腳分布不相似的結論。

5.2 插座適配器適配性分析方法

在測試站引入新品電源模塊時，利用插座適配器的適配性分析方法可以在插座適配器數據庫中進行數字化比對，查詢是否存在可用適配器。適配性分析方法首先對新品電源模塊進行引腳分布數據提取，以電源模塊Z和插座適配器A的VOUT+類型為例進行說明，實際適配性分析時需要對編碼1～7所有類型引腳逐項開展以下分析流程：

1）第一步：建立電源模塊Z的引腳分布數據f（Z），獲取其引腳類型VOUT+的編碼為n；

2）第二步：在插座適配器區域分布數據庫中查詢適配器A的區域分布數據g（A）；

3）第三步：查詢g（A）中VOUT+區域分布類型的節點編碼為m，通過f（Z）.node（n）.y和g（A）.region（m）.y1判斷電源模塊Z的引腳節點n與插座適配器A類型m區域是否處于同一側，若處于不同側，則得到不適配的結論，退出比對流程；若處于同一側，且f（Z）.node（n）.x落在區間范圍（g（A）.region（m）.x1，g（A）.region（m）.x2）內，則電源模塊Z與適配器A的VOUT+類型適配。

5.3 電源模塊檢測管理流程

通過建立電源模塊引腳分布相似度分析方法以及電源模塊與插座適配器的適配性分析方法，形成電源模塊檢測管理流程，如圖6所示。

圖6 電源模塊檢測管理流程

當測試站引入新品電源模塊時，可以從現有插座適配器中快速檢索是否存在可用適配器，若測試站中暫無可用適配器，則進一步從現有電源模塊中檢索是否存在引腳分布相似的電源模塊用于開展通用插座適配器的設計。

6 結語

通過將電源模塊典型結構進行抽象、編碼和量化，實現了不同電源模塊之間引腳分布相似性的分析，為通用插座適配器的設計提供輸入。同時，對電源模塊插座適配器的結構做了標準化設計，提高了其通用性，降低了其設計制造及維護管理成本。通過提出插座適配器區域分布的概念，將插座適配器的插裝區域進行了數字化處理，建立了電源模塊與插座適配器間適配性的量化分析方法，最終實現了基于通用插座適配器設計、應用和管理的電源模塊數字化檢測流程。