​OSL erstellt ein universelles automatisiertes Testsystem für die Stromversorgung von Satellitennutzlasten

Grundlagen zu DC/DC-Wandlern

Ein DC/DC-Wandler ist ein elektrisches Gerät, das Gleichstromquellen von einem Spannungspegel in einen anderen umwandelt. Mit anderen Worten, ein DC/DC-Wandler nimmt eine Eingangsgleichspannung auf und gibt eine andere Gleichspannung aus. Leistungsmanagementsysteme wie DC/DC-Wandler verwalten oder wandeln die Leistung in größeren Systemen um, z. B. in denen von Satellitennutzlasten, für Anwendungen wie die Auf- oder Abwärtswandlung einer Gleichstromquelle von einem Spannungspegel auf einen anderen.

^{Abbildung 1: Blockdiagramm eines DC/DC-Wandlers}

Anforderungen an DC/DC-Wandler

Unabhängig davon, ob eine Entwurfsvalidierung vor der Herstellung oder die Evaluierung eines DC/DC-Wandlers für den möglichen Einsatz in einem Satellitennutzlastsystem durchgeführt wird, sind wiederholbare und präzise Tests unerlässlich. Mit Standard-Testsequenzen für DC/DC-Wandler werden Leistungskriterien wie Spannungsgenauigkeit, Effizienz, Leitungs-/Lastregelung und Einschwingverhalten gemessen.

Hunderte von DC/DC-Wandlern mit unterschiedlichen Spezifikationen werden entwickelt und eingesetzt. Der DC/DC-Wandler, in diesem Fall der Prüfling, durchläuft verschiedene Phasen, einschließlich Herstellung, Komponentenoptimierung, Tests und Validierung. In vielen Fällen nimmt die Phase zur Optimierung und zum Testen der Komponenten am meisten Zeit in Anspruch. 

Bei der Optimierung müssen mehrere Widerstände und Kondensatoren emuliert werden, um die Leistung des Prüflings zu überprüfen. Bei herkömmlichen Testaufbauten werden diese Werte jedes Mal manuell geändert. Nach der Optimierung wird die Leistung des Prüflings bewertet, um sicherzustellen, dass die Ausgangswerte innerhalb der Anforderungsschwellenwerte bleiben. Es müssen mehrere Tests mit verschiedenen Geräten und unterschiedlichen Testeinstellungen durchgeführt werden, wobei die Testergebnisse in der Regel manuell erfasst werden. Darüber hinaus muss der Prüfling unter verschiedenen Umgebungsbedingungen getestet werden. Insgesamt dauert es normalerweise mindestens einen Monat, bis der Leistungstest für den Prüfling alle Phasen durchlaufen hat und abgeschlossen ist. 

Abhilfe

Optimized Solutions (OSL) ist ein NI Partner und ein führender Anbieter von Dienstleistungen zur Produktentwicklung für das Erstellen nach Spezifikationen, von eingebetteter Firmware und von Dienstleistungen für das Lebenszyklusmanagement während der gesamten Produktentwicklung. OSL wurde 2005 gegründet und hat seinen Sitz im indischen Bundesstaat Gujarat. Das Unternehmen ist in ganz Indien vertreten und wird von mehr als 100 Ingenieuren unterstützt. OSL bietet hochwertige Lösungen und Serviceleistungen für die Raumfahrt-, Verteidigungs- und OEM-Industrie.

Diese Lösung basiert auf der Plattform PXI Express von NI, die für Optimierungs- und Testaktivitäten sowie für Test- und Evaluierungsaktivitäten auf Kartenebene für verschiedene Typen von DC/DC-Wandlern eingesetzt wird. Die Lösung erfüllt die Anforderungen unserer Kunden, wenn es darum geht, den Durchsatz zu erhöhen und den manuellen Aufwand sowie menschliche Fehler beim Testen zu minimieren. Sie wird auch dem Bedarf gerecht, den Optimierungs- und Testprozess in allen Phasen von DC/DC-Wandlerprüflingen zu automatisieren. Das System PXI Express von NI steuert die Geräte über Testanwendungssoftware, die mit LabVIEW entwickelt wurde. Die Lösung ist auf die Erfüllung spezifischer Anforderungen zugeschnitten und ermöglicht das gleichzeitige Testen von zwei Prüflingen mit unterschiedlichen Optimierungsalgorithmen in einem einzigen ATS.

^{Abbildung 2: Systemarchitektur}

Das System PXI Express von NI steuert die erforderlichen Netzteile, elektronischen Lasten und andere modulare Messgeräte. Darüber hinaus erfasst es die Testdaten und analysiert die Daten, um die Leistung des Prüflings zu bewerten. Die Lösung ist in einem leicht transportierbaren Rack konfiguriert, um den standortübergreifenden Einsatz zu ermöglichen. Die ATE-Lösung setzt folgende PXI-Hardware von NI ein:

• PXI-Chassis PXIe-1095 und PXIe-1092
• Controller PXIe-8880 und PXIe-8840 mit Windows 10
• Netzteile:
  • Netzteil RMX-4104 (100 V, 8 A)
  • Elektronische Last mit hoher Leistung RMX-4003 (100 W)
  • Elektronische Last mit geringer Leistung PXIe-4139 (40 W)
• Matrixschaltmodul PXI-2532B
• Digitalmultimeter PXIe-4082
• 14-Bit-Oszilloskop PXIe-5172
• Source Measure Unit PXIe-4137
• Multifunktions-I/O-Modul PXIe-6365
• PXI-Modul für digitale I/O
• Serielles Schnittstellenmodul PXIe-8431/8          

Benutzerdefinierte Lösungen

Alle zuvor genannten modularen Messgeräte befinden sich in einem 19-Zoll-Rack. Ein einziger Steckverbinder an beiden Seitenwänden des ATS wird mit dem Prüfling über einen Montageständer im Rack verbunden, der auf das spezifische Prüflingsdesign des Kunden zugeschnitten ist.

Die Anforderung, den Prüfling unter verschiedenen Umgebungsbedingungen testen zu können, ermutigte das Team, das verschiebbare Rack-Design für einen einfachen Transport anzupassen.

Wichtige Funktionen der Software

Das Testkonfigurationsmodul bietet die folgenden Vorteile:

• Unterstützung für das Testen verschiedener Typen von Prüflingen
• Datenspeicher mit mehreren Konfigurationen für verschiedene Prüflinge
• Möglichkeit, die gespeicherte Konfiguration zu bearbeiten und für verschiedene Typen von Prüflingen zu speichern
• Benutzerkonfigurierbare, optimierbare Komponenten mit Grenzwerten, die in der Testkonfiguration verfügbar sind
• Vom Benutzer wählbare Testsequenzen
• Benutzerdefinierte Testsequenzen für verschiedene Testphasen

^{Abbildung 3: Testkonfigurationsmodul}

Das Testmodul bietet die folgenden Vorteile:

• Ein Barcode-Scanner für den Prüfling ist im Lieferumfang enthalten
• Basierend auf dem Barcode werden Details zum Prüfling mit allen Testparametern angezeigt, die aus der Datenbank abgerufen und in der grafischen Benutzeroberfläche angezeigt werden
• Basierend auf der ausgewählten Testphase bestimmt die Testapplikation, ob mit der Optimierung oder mit dem Testen fortgefahren werden soll
• Vor dem Fortsetzen des Tests wird der Gerätezustand überprüft
• Alle Tests werden in einer definierten Sequenz ausgeführt und nach Abschluss des Tests wird ein benutzerdefiniertes Protokoll erstellt

^{Abbildung 4: Testmodul-UI}

Wichtige Funktionen und Vorteile der Lösung:

• Automatisierte Optimierung von RC-Komponenten
• Wiederverwendbarkeit von Testkonfigurationen für verschiedene Typen von Prüflingen
• Anpassen der Testsequenz an die jeweilige Benutzeranforderung
• Auswahl von Testfällen für verschiedene Testphasen
• Gerätezustandsprüfung als Vorabprüfung, bevor mit dem Testen fortgefahren wird
• Mehrere Sicherheitsfunktionen zum Schutz des Prüflings im Falle eines versehentlichen Betriebs/Zustands
• Automatisierte Stabilitätsanalyse mittels schneller Fourier-Transformation
• Automatisierte Erstellung eines Testprotokolls nach Abschluss des Tests
• Schnelles Abrufen von Testergebnissen für Prüflinge
• Vergleich der Testergebnisse verschiedener Phasen des Prüflings
• Automatische Sicherung der Testergebnisse auf dem Server

Mit dieser ATS-Lösung wurde die Zeit zum Testen der Leistung des Prüflings im Vergleich zu manuellen Tests um das Zehnfache verkürzt. Darüber hinaus sind die Testergebnisse von Prüflingen durch die verbesserte Automatisierung konsistenter und standardisiert.

Zusammenfassung

Mit dieser universellen automatisierten DC/DC-Wandler-Testlösung, die durch die modulare Architektur und flexiblen Entwicklungstools von NI ermöglicht wird, bietet OSL der indischen Raumfahrtindustrie die gewünschten Funktionen für das Testen von Gehäusen für Satellitennutzlasten, um DC/DC-Wandlerprüflinge schnell zu testen. Die Lösung kann sich agil und flexibel an verschiedene Testfälle anpassen und ermöglicht durch die automatisierte Erstellung von Protokollen Skalierbarkeit und Effizienz. Mit dieser Lösung kann die Testzeit im Vergleich zum manuellen Testen um das Zehnfache reduziert werden, da die Nachbearbeitungsanalysen und die Standardisierung der Testergebnisse für den Prüfling verbessert werden.