[发明专利]一种基于硬件电路故障注入的电路故障仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及电路故障仿真领域，尤其是是关于智能电表数字电路的硬件故障电路仿真。

背景技术

智能电表的可靠性是智能电表质量的一个重要特征指标，而智能电表的各种故障与可靠性问题是直接反映了电网网络结构、运行管理和供电服务的水平，是国家电监会对电网企业的重要监管指标，也是电网企业对外服务承诺的核心指标。随着社会经济的快速发展，智能电表正在大幅度的应用，在各种新型号智能电表不断出现的过程中，其可靠性不稳定必定带来大量的质量诉求，因此需采用必要的技术手段在智能电表选型之前进行可靠性仿真评定。而当前对智能电表的可靠性验证与评定采用非常传统的可靠性方法(数据评估的方法)，该方法需要大量的数据为基础进行评定，且对一些数据源不准确的故障，一些归零难的故障，评定结果不够准确与真实，同时数据采集也比较繁琐，耗费大量的人力物力。同时完全基于软件的电路故障仿真，其元器件的软件模型对定义复杂，且模型参数不一定准确，仿真误差大。

发明内容

本发明的发明目的是：针对上述技术问题，提供一种能快速、准确提供智能电表可靠性验证与评定数据的数据源仿真系统。

本发明技术方案为：

一种基于硬件电路故障注入的电路故障仿真系统，包括电路仿真模块和电路故障注入模块，电路仿真模块是在硬件电路的基础上设计电路仿真模型，并通过电路仿真软件进行控制，电路仿真软件读取仿真接口文件并调用仿真器运行仿真，故障注入模块包括失效模式故障模型库、故障类型选择单元和故障注入单元，当进行电路故障注入仿真时，故障类型选择单元从失效模式故障模型库中选择故障模型，故障注入单元根据该故障模型修改仿真接口文件，电路仿真软件读取经过修改的仿真接口文件调用仿真器运行仿真，并输出电路故障文件从而进行故障电路特性分析。

优选地，所述电路仿真仿真模块基于EDA技术建立电路仿真模块。

优选地，所述电路仿真软件采用PSPICE。

优选地，所述电路仿真模型为智能电表半导体集成数字电路仿真模型。

优选地，所述故障模型包括元器件类型、失效模式和元器件位置。

优选地，所述元器件类型包括电阻、电容、二极管、集成稳压器、光电耦合器、电能计量芯片、开关、缓冲器。

优选地，所述失效模式包括断路、短路、参数漂移、输出固高、输出固低、输出错误、输出性能退化、输出延时、模拟输出失效、模拟端性能退化、低温不启动。

优选地，所述仿真接口文件为电路图拓扑结构的网单文件。

优选地，所述修改仿真接口文件是根据需要注入故障的元器件类型、故障类型、位置修改网单文件，生成描述电路故障状态的网单文件。

优选地，在注入故障之前，备份正常的电路的网单文件。

优先地，将输出的电路故障文件保存，并读取正常的电路的网单文件。

本发明有益效果是：通该硬件故障注入的仿真系统，获得了与真实智能电表硬件系统几乎相同的故障测试结果，能提供准确的评估数据，并且通过EDA技术再设计可对不同的硬件电路进行重新输入，适用不同的智能电表或者其他硬件电路的故障仿真，应用范围广泛，同时节省了对不同硬件测试的时间、人力、物力、方便快捷，具有通用性。

智能电表故障注入是指按照选定的故障模型，用人工的方法有意识的制造故障并施加于被研究的智能电表系统中，以诱发该智能电表系统的错误和失效的发生，同时观测和回收智能电表系统对所注入故障的反应信息，并对回收信息进行分析，并向试验者提供有关分析结果的实验过程。

智能电表电路功能可靠性仿真以基于EDA的电路故障仿真技术为核心，针对典型智能电表电路进行功能分解，根据性能分析和可靠性分析的要求制定故障注入的相关措施，在智能电表电路的仿真模型中注入元器件失效、参数偏差等影响因素，通过仿真技术进行智能电表电路的性能分析，从而得到智能电表电路的故障仿真数据以完成智能电表电路的可靠性验证分析工作。

在仿真环境下对智能电表电路中的集成器件注入故障，不仅可以避免智能电表硬件故障注入可能造成的损失，而且可以克服软件故障注入对智能电表电路中某些非程序控制器件不可达的缺点。

PSPICE是一种功能相当完善的EDA电路仿真软件，它给用户提供了友好的交互界面，同时它提供的接口部分可以很方便地扩展器件模型库并实现仿真数据交互。本发明着重分析了利用PSPICE进行智能电表半导体集成电路故障模式建模的方法，并通过实例验证了该方法的正确性以及进行智能电表电路仿真故障注入的可行性。