​OSL、衛星ペイロード電源用汎用自動テストシステムを開発

DC-DCコンバータの基礎

DC-DCコンバータは、直流 (DC) 電源をある電圧レベルから別の電圧レベルに変換する電気デバイスです。つまり、DC-DCコンバータはDC入力電圧を受け取り、異なるDC電圧を出力します。DC-DCコンバータなどの電源管理システムは、衛星ペイロードに見られるような大規模なシステム内の電力を管理または変換するなど、直流電源をある電圧レベルから別の電圧レベルに昇圧または降圧するなどのアプリケーションに使用します。

^{図1: DC-DCコンバータのブロック図}

DC-DCコンバータの要件

製造前に設計検証を行う場合でも、衛星ペイロードシステムで使用するためのDC-DCコンバータを評価する場合でも、再現性のある正確なテストが不可欠です。標準のDC/DCコンバータのテストシーケンスでは、電圧確度、効率、ライン/負荷変動、過渡応答といった特性基準を計測します。

仕様の異なる数百種類のDC-DCコンバータが設計および実装されています。DC-DCコンバータ (この場合はDUT) は、製造、コンポーネントのチューニング、テスト、検証など、さまざまな段階を経る必要があり、多くの場合、最も時間がかかる段階はコンポーネントのチューニングとテストです。 

チューニングでは、複数の抵抗とコンデンサをエミュレートして、DUTの性能を確認する必要があります。従来のテストセットアップでは、これらの値は毎回手動で変更されていました。チューニング後、DUTの性能が評価され、出力値が要件のしきい値内にあることが確認されます。複数のテストは、異なるテストセットアップで異なる計測器を使用して実行する必要があり、テスト結果は通常手動で取得されます。さらに、DUTはさまざまな環境条件でテストする必要があります。全体として、すべての段階でDUTパフォーマンステストを完了するには、このプロセスには通常少なくとも1か月を要します。 

ソリューション

Optimized Solutions (OSL) は、NIのパートナーであり、仕様に基づいたビルド、組み込みファームウェア、製品開発ライフサイクル全体の管理サービスを提供して業界をリードする製品エンジニアリングサービスプロバイダです。2005年に設立され、インドのグジャラット州に本社のあるOSLは、100名を超えるエンジニアによってサポートされ、インド全域に拠点を置いています。OSLは、宇宙、防衛、OEM業界に高品質のソリューションとサービスを提供しています。

このソリューションは、NI PXI Expressプラットフォーム上に構築されており、さまざまなタイプのDC-DCコンバータのカードレベルのチューニングとテスト (T&T) およびテストと評価 (T&E) を行います。このソリューションは、スループットを向上させるだけでなく、テストにおける手作業や人的エラーを最小限に抑えるというお客様の要件を満たします。また、DC-DCコンバータDUTのすべての段階で、T&Tプロセスを自動化するニーズにも対応します。NI PXI Expressシステムは、LabVIEWを使用して開発されたテストアプリケーションソフトウェアを介して計測器を制御します。このソリューションは、特定の要件を満たすようにカスタマイズされており、1台のATSで異なるチューニングアルゴリズムを使用して2台のDUTを同時にテストできます。

^{図2: システムアーキテクチャ}

NI PXI Expressシステムは、必要な電源、電子負荷、その他のモジュール式計測装置を制御します。さらに、テストデータを取得し解析して、DUTの性能を評価します。このソリューションは、さまざまな場所で使用できるように、移動が簡単なラックに配置されています。ATEソリューションには、以下のNI PXIハードウェアを使用します。

• PXIe-1095およびPXIe-1092 PXIシャーシ
• PXIe-8880およびPXIe-8840コントローラ (Windows 10搭載)
• 電源:
  • RMX-4104電源 (100 V、8 A)
  • RMX-4003大電力電子負荷 (100 W)
  • PXIe-4139低電力電子負荷 (40 W)
• PXI-2532Bマトリクススイッチモジュール
• PXIe-4082デジタルマルチメータ
• PXIe-5172 14ビットオシロスコープ
• PXIe-4137ソースメジャーユニット
• PXIe-6365マルチファンクションI/Oモジュール
• PXIデジタルI/Oモジュール
• PXIe-8431/8シリアルインタフェースモジュール          

カスタムソリューション

前述のすべてのモジュール式計測器は、19インチラック内に配置されています。ATSの両側の壁にある1つのコネクタは、顧客が共有する特定のDUT設計に合わせて調整されたラック内の取り付けスタンドを使用してDUTに接続します。

さまざまな環境条件でDUTをテストする必要があるため、チームは持ち運びが容易な可動ラック設計を採用しました。

主なソフトウェア機能

テスト構成モジュールには、以下の利点があります。

• さまざまなタイプのDUTテストへのサポート
• さまざまなDUT用の複数構成ストレージ
• 保存された構成を編集し、異なるタイプのDUT用に保存する機能
• テスト構成で使用可能な制限付きのユーザ構成可能かつチューニング可能なコンポーネント
• ユーザが選択可能なテストシーケンス
• 異なるテスト段階用のユーザ定義テストシーケンス

^{図3: テスト構成モジュール}

テストモジュールには、以下の利点があります。

• DUT用のバーコードスキャナを含む
• バーコードに基づいて、データベースからフェッチされたすべてのテストパラメータを含むDUTの詳細が表示され、GUIに表示される
• 選択されたテスト段階に基づいて、テストアプリケーションはチューニングまたはテストを続行するかどうかを決定する
• テストを続行する前に計測器の正常性検証を実行する
• すべてのテストは定義された順序で実行され、テスト完了後にカスタマイズされたレポートが生成される

^{図4: テストモジュールUI}

このソリューションの主な機能と利点:

• RCコンポーネントの自動チューニング
• さまざまなタイプのDUTに対するテスト構成の再利用性
• ユーザのニーズに応じたテストシーケンスのカスタマイズ
• さまざまなテスト段階でのテストケースの選択
• テストに進む前の事前チェックとしての計測器の正常性検証
• 不注意な操作/状態が発生した場合にDUTを保護するための複数の安全機能
• 高速フーリエ変換を使用した自動安定性解析
• テスト完了後にテストレポートを自動生成
• DUTテスト結果のクイック検索
• DUTのさまざまな位相のテスト結果比較
• サーバへのテスト結果の自動バックアップ

このATSソリューションを使用すると、手動テストと比較してDUTパフォーマンステストの時間が10分の1に短縮されました。さらに、自動化の改善により、DUTテスト結果の一貫性と標準化が向上します。

まとめ

NIのモジュール式アーキテクチャと柔軟な開発ツールによって実現されたこの汎用DC-DCコンバータ自動テストソリューションにより、OSLはDC-DCコンバータDUTを迅速にテストするための衛星ペイロードパッケージテストに必要な機能をインドの宇宙ユーザに提供します。このソリューションは、敏捷性と柔軟性を備えたさまざまなテストケースに適応でき、レポートを自動化することで拡張性と効率性を実現します。このソリューションを使うことで、後処理解析が改善され、DUTテスト結果が標準化されるため、手動テストと比較してテスト時間を10分の1に短縮できます。