唐幸兒,梁季彝

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息技術(shù)系，廣東 江門 529000）

基于一種LED電源測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

唐幸兒,梁季彝

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與信息技術(shù)系，廣東 江門 529000）

當(dāng)今社會(huì)已步入工業(yè)4.0的時(shí)代，LED電源測(cè)試更著重于效率和協(xié)調(diào)生產(chǎn)等方面的因素。LED電源測(cè)試系統(tǒng)具有無(wú)線質(zhì)量反饋的裝置。此裝置是以LED電源高效測(cè)試器作為下位機(jī)，通過(guò)無(wú)線模塊NRF24L01芯片把LED電源質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)的PC電腦中，也可在上位計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)改變下位機(jī)的上、下限電流參數(shù)。這樣，測(cè)試系統(tǒng)有線上管理，線下監(jiān)控的功能。經(jīng)試驗(yàn)證明經(jīng)此系統(tǒng)測(cè)試合格后的LED電源在對(duì)影響浪涌電流四個(gè)重要因素（如：雷電衰減振蕩頻率、靜電放電頻率、電壓突變頻率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率）方面有良好的抵御作用。

浪涌電流測(cè)試;電流互感器;輸出電流軌跡曲線;檢測(cè)無(wú)線質(zhì)量反饋

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.045

1 引言

LED照明的質(zhì)量好壞主要取決于電源的輸入回路的質(zhì)量。輸入回路由于有隔離變壓器初級(jí)線圈的存在，從而導(dǎo)致電壓突變時(shí)浪涌電流的產(chǎn)生，浪涌電流對(duì)質(zhì)量差的LED電源輸入回路來(lái)說(shuō)是致命的打擊。我們總結(jié)了造成LED驅(qū)動(dòng)電源輸入回路可能燒毀的4種主要因素,如雷電衰減振蕩波頻率、電壓突變頻率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率、靜電放電頻率是造成電壓突變浪涌電流產(chǎn)生的根本。

由于在檢測(cè)LED電源時(shí)加入浪涌電流測(cè)試，使老化測(cè)試效率得到了革命性的提高，同時(shí)通過(guò)電流互感器采集浪涌電流變化信號(hào)經(jīng)RMS-DC模塊及A/D轉(zhuǎn)換后,在液晶屏上輸出電流軌跡曲線,使一線生產(chǎn)者能通過(guò)電流的反饋信號(hào)精確判斷LED電源產(chǎn)品質(zhì)量起到實(shí)質(zhì)性的意義。

2 國(guó)、內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)以杭州威銳電子科技有限公司的8061LED電源綜合測(cè)試儀為代表,對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入電壓、電流、功率(效率),輸出電壓、電流、紋波、過(guò)電流測(cè)試、短路測(cè)試、電源調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、輸出電壓調(diào)整、綜合調(diào)整率、效率、平均效率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，并沒(méi)有加入浪涌電流測(cè)試。然而，浪涌電流是影響LED電源質(zhì)量的重要指標(biāo)。杭州遠(yuǎn)方測(cè)試系統(tǒng)中也只是對(duì)電子器件的單一浪涌測(cè)試并沒(méi)有對(duì)影響LED電源浪涌電流的4種主要因素進(jìn)行測(cè)試。

國(guó)際的情況是以致茂電子公司LED電源的整體測(cè)試解決方案包括輸入端的可編程交流源或直流源，精準(zhǔn)的數(shù)位功率表,還有特殊為L(zhǎng)ED電源輸出拉載設(shè)計(jì)的專用電子負(fù)載。Chroma也發(fā)揮自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的整合能力，以多功能可編程交流電源供應(yīng)器61500Series為例，現(xiàn)有的多功能可編程交流電源供應(yīng)器61500 Series測(cè)試儀器，測(cè)試儀功能包括:電壓、電流、功率、涌浪電流等。雖有加入浪涌電流測(cè)試，但也沒(méi)有插入電壓突變頻率與浪涌電流同步的不同頻率測(cè)試，而且操作起來(lái)不夠直觀。國(guó)外EMC浪涌測(cè)試及國(guó)內(nèi)的遠(yuǎn)方測(cè)試系統(tǒng)價(jià)錢昂貴，只有大企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)才能配置，且需要長(zhǎng)時(shí)間專業(yè)培訓(xùn)才可以使用該設(shè)備。對(duì)中小企業(yè)是不易做到的。

LED驅(qū)動(dòng)電源經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展瓶頸包括產(chǎn)品規(guī)格、品牌、價(jià)格、渠道建設(shè)、營(yíng)銷模式等。隨著行業(yè)的市場(chǎng)快速擴(kuò)大，企業(yè)間的價(jià)格肉搏最后只能是兩敗俱傷，這幾乎已經(jīng)是所有LED企業(yè)的共識(shí)。那么，為了更好地在這個(gè)愈加殘酷的市場(chǎng)上更好地生存下去，找到藍(lán)海，正是所有LED電源企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，LED電源的質(zhì)量是企業(yè)繼續(xù)發(fā)展的根本保證。本測(cè)試是一種新型的LED電源高效測(cè)試。

3 項(xiàng)目基本思路

3.1 研究項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)內(nèi)容

本系統(tǒng)由數(shù)字信號(hào)處理器DSP（IAP15W4K58S4）模塊、4路頻率調(diào)節(jié)MCU輸入中斷模塊、6路高頻晶閘管控制模塊、電壓電流采集模塊，輸出顯示模塊、數(shù)值轉(zhuǎn)換模塊、無(wú)線發(fā)送模塊等組成。多功能高效LED驅(qū)動(dòng)電源檢測(cè)儀，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、功率、LED驅(qū)動(dòng)電源輸入回路的檢測(cè)，達(dá)到判斷LED驅(qū)動(dòng)電源的質(zhì)量的目的。系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

3.2 工作原理

系統(tǒng)工作原理：首先將雙聯(lián)開(kāi)關(guān)打到連接電源模塊的位置，通過(guò)上位計(jì)算機(jī)的電流上、下限設(shè)置后經(jīng)無(wú)線模塊發(fā)送到下位測(cè)試器中來(lái)，計(jì)算出電流上、下限的平均值后通過(guò)選擇固定電壓測(cè)試（例如250V），進(jìn)行下位機(jī)的軌跡曲線描繪，并把軌跡曲線存進(jìn)寄存器作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線。在真正測(cè)試時(shí)，選擇浪涌測(cè)試模式，這樣便可以根據(jù)模擬LED電源的使用環(huán)境來(lái)選擇4種頻率：雷電衰減振蕩(90～100kHz)、電壓突變(40～65Hz)、開(kāi)關(guān)動(dòng)作(0.2～1kHz)、靜電放電(50～100Hz)之一送入單片機(jī)中斷，由單片機(jī)輸出PWM信號(hào)控制可控硅切換6路不同電壓模擬產(chǎn)生外部環(huán)境的浪涌電流，與此同時(shí)通過(guò)電流互感器次級(jí)繞組經(jīng)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換后送至顯示模塊輸出電流軌跡曲線。這樣便可與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線作比較，若偏差超過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線的參考值±6%，則可判定待檢測(cè)的LED驅(qū)動(dòng)電源質(zhì)量不好，下位測(cè)試器會(huì)自動(dòng)報(bào)警。反之，則判定合格。當(dāng)然，也可以先測(cè)試固定電壓下的輸出曲線，再測(cè)試?yán)擞侩妷合碌妮敵銮€。下位機(jī)檢測(cè)得到的合格率可以發(fā)送到上位機(jī)或智能終端設(shè)備中，相關(guān)人員根據(jù)檢測(cè)結(jié)果便可判定該批次產(chǎn)品是否合格。同樣，相關(guān)人員也可以根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)整下位機(jī)的晶閘管控制模塊的輸出流限。這樣，下限機(jī)的輸出電流的標(biāo)準(zhǔn)曲線的上下限范圍就相應(yīng)地更改了，就可以測(cè)試不同功率的電源，而不是單一的電源，迎合工業(yè)4.0的智能化測(cè)試便可實(shí)現(xiàn)。本測(cè)試器具有對(duì)浪涌電流相同負(fù)載測(cè)試；浪涌電流不同負(fù)載測(cè)試；固定電壓不同負(fù)載測(cè)試；具備輸出電流軌跡監(jiān)控。部分電路原理圖如圖2示。

圖2 部分電路原理圖

3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)模塊

3.3.1 輸入模塊

由雷電衰減振蕩波頻率、電壓突變頻率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率、靜電放電頻率、中斷信號(hào)組成。產(chǎn)生中斷后送入主控模塊。

3.3.2 主控模塊

由高速數(shù)字信號(hào)處理器STC系列（IAP15W4K58S4）組成，通過(guò)MCU產(chǎn)生PWM信號(hào)。

3.3.3 脈沖寬度調(diào)節(jié)模塊（PWM）

由模擬四種實(shí)際環(huán)境頻率：雷電衰減振蕩波頻率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率、電壓突變頻率、靜電放電頻率產(chǎn)生中斷送進(jìn)單片機(jī)（見(jiàn)表1）。另外本項(xiàng)目設(shè)置頻率微調(diào)功能，由MCU自帶的PWM輸出后再經(jīng)旋轉(zhuǎn)編碼器微調(diào)送進(jìn)分頻器，分出六路進(jìn)入晶閘管控制極。

表1 技術(shù)指標(biāo)

3.3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器模塊

通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)輸入頻率進(jìn)行細(xì)調(diào)，該頻率可由旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)頻率增減。通過(guò)分頻器分出六路進(jìn)入晶閘管控制極。

3.3.5 晶體管控制模塊

晶閘管控制模塊由六只雙向可控硅組成。雙向可控硅切換六路不同電壓模擬電壓突變頻率，通過(guò)電流互感器次級(jí)放大后由RMS-DC轉(zhuǎn)換器輸入A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送進(jìn)輸出模塊在LCD屏上顯示輸出電流軌跡曲線。

3.3.6 輸出顯示模塊

由液晶顯示屏、IC/IO接口、輸出驅(qū)動(dòng)組成。把A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)主控模塊運(yùn)算處理后經(jīng)IO接口及輸出驅(qū)動(dòng)在液晶屏上輸出電流軌跡曲線，及輸出電流、電壓顯示。

3.3.7 電流和電壓采集模塊

由電流互感器次級(jí)繞組、RMS-DC電壓轉(zhuǎn)換模塊、MCU內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換組成。

3.3.8 數(shù)值轉(zhuǎn)換模塊

主要由MCU組成，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

3.3.9 無(wú)線發(fā)送模塊

由IAP15W4K58S4及NRF24L01模塊組成，負(fù)責(zé)將在一定的時(shí)間內(nèi)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行合格率計(jì)算發(fā)送到上位機(jī)電腦中來(lái)。另外可以在上位計(jì)算機(jī)中改變上、下限電流參數(shù)通過(guò)NRF24L01無(wú)線模塊對(duì)下位機(jī)測(cè)試器進(jìn)行測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線電流上、下限的修改（見(jiàn)圖3）。

圖3 無(wú)線發(fā)送設(shè)計(jì)圖

3.4 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)圖

圖4為系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)圖（見(jiàn)圖4）。

圖4 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)圖

3.5 上位機(jī)顯示效果圖

上位機(jī)顯示效果圖如圖5、圖6所示。

圖5 串口設(shè)置

圖6 電流設(shè)置

4 系統(tǒng)方案確定與特點(diǎn)

4.1 系統(tǒng)采用的核心方法

本檢測(cè)儀是采用單片機(jī)的PWM技術(shù)使其產(chǎn)生模擬6種影響浪涌電流的雷電衰減振蕩波頻率、靜電放電頻率、電壓突變頻率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率的脈沖振蕩頻率并可用旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)各種脈沖波的頻率范圍，送進(jìn)可控硅的控制極，切換6組不同電壓進(jìn)入LED電源驅(qū)動(dòng)板的輸入端模擬產(chǎn)生浪涌電流，在電流互感器次級(jí)經(jīng)RMS-DC轉(zhuǎn)換模塊反饋到MCU，利用單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換運(yùn)算控制后在液晶屏上產(chǎn)生輸出電流軌跡曲線。圖7為采樣模塊圖（見(jiàn)圖7）。

圖7 采樣模塊圖

4.2 項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)

1）本項(xiàng)目采用高速數(shù)字信號(hào)處理器MCU結(jié)合控制旋轉(zhuǎn)編碼器頻率精確調(diào)節(jié)，由于頻率的變化對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源輸入回路造成影響，所以有必要對(duì)頻率進(jìn)行PWM頻率脈寬調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)控制。

2）采取液晶屏輸出電流軌跡曲線對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源輸入回路監(jiān)視曲線的偏差進(jìn)行監(jiān)控，使之偏差度少于±6%定義為質(zhì)量好的LED電源驅(qū)動(dòng)板。

3）進(jìn)行浪涌電流相同負(fù)載測(cè)試、浪涌電流不同負(fù)載測(cè)試、固定電壓不同負(fù)載測(cè)試。

4）模擬雷電振蕩波頻率振蕩波、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率、靜電放電頻率、電壓突變頻率，使LED驅(qū)動(dòng)電源更接近實(shí)際環(huán)境進(jìn)行模擬測(cè)試。

5）電流互感器和RMS-DC轉(zhuǎn)換成隨浪涌電流實(shí)時(shí)變化的直流電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到MCU，再經(jīng)過(guò)輸出接口電路在LCD液晶屏上輸出電流軌跡曲線，形成偏差曲線（浪涌電流情況下），從而確定LED驅(qū)動(dòng)電源的質(zhì)量。

6）設(shè)置了模擬實(shí)際環(huán)境的4種頻率范圍：雷電衰減振蕩頻率90～100kHz（旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)）、電壓突變頻率40～65Hz（旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)）、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率0.2～1kHz（旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)）、靜電放電頻率50-100Hz（旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)），按高頻脈沖的脈間與脈寬比例通過(guò)公式量化編碼數(shù)據(jù)確定定時(shí)器溢出率和定時(shí)器0初值，晶振 F0=24MHz，定時(shí)器0溢出率f（t0）=f（PWM）*256。

7）選擇影響LED電源驅(qū)動(dòng)板4個(gè)方面模擬實(shí)際環(huán)境：雷電衰減振蕩波頻率、開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率、靜電放電頻率、電壓突變頻率，送入單片機(jī)中斷，經(jīng)單片機(jī)PWM程序分頻輸出，分別加到6只雙向可控硅的控制極。

8）浪涌模塊控制：雙向可控硅第二陽(yáng)極與電流互感器初級(jí)線圈串聯(lián)，分頻后的移相頻率切換六組不同電壓90V、110V、150V、180V、220V、250V通過(guò)可控硅進(jìn)入LED電源驅(qū)動(dòng)板的電源輸入端。

9）電流互感器次級(jí)繞組把信號(hào)經(jīng)RMS-DC轉(zhuǎn)換器后變成直流電壓輸入到單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

10）A/D轉(zhuǎn)換后送到高速數(shù)字信號(hào)處理器 DSP（IAP15W4K58S4）主控模塊然后再由輸出模塊的輸出端監(jiān)視輸出電流軌跡曲線。LED負(fù)載輸出電流的軌跡曲線用液晶屏顯示。

11）由下位機(jī)（檢測(cè)裝置）在一定的周期內(nèi)計(jì)算出合格率通過(guò)無(wú)線模塊把測(cè)試結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)中來(lái)，同時(shí)通過(guò)從上位機(jī)中更改電流上、下限數(shù)值調(diào)整下位機(jī)測(cè)試器的標(biāo)準(zhǔn)電流上、下限參數(shù)，使測(cè)試器能測(cè)不同功率的LED電源，輔助管理者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行管理。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目下位機(jī)利用電流互感器作為L(zhǎng)ED電源輸入回路電流檢測(cè)信號(hào)反饋采集和通過(guò)RMS-DC轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成直流電壓的監(jiān)視信號(hào)送至單片機(jī)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送進(jìn)MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算，由輸入/輸出（I/O）送至液晶屏輸出電流軌跡曲線，并在測(cè)試時(shí)結(jié)合四種造成LED電源燒毀的頻率結(jié)合6路不同的電壓切換模擬電壓突變引起的浪涌電流是一項(xiàng)創(chuàng)新性的發(fā)明，屬國(guó)內(nèi)、國(guó)際首創(chuàng)。經(jīng)多次測(cè)量試驗(yàn)，多功能高效LED驅(qū)動(dòng)電源檢測(cè)儀具有直觀、方便使用、功耗低、準(zhǔn)確度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、體積小、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，除測(cè)試外，最大的使用優(yōu)勢(shì)在于對(duì)LED電源的老化試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)該測(cè)試器是傳統(tǒng)測(cè)試器老化效率的3倍以上，適合大量用于LED電源生產(chǎn)企業(yè)，作為老化檢測(cè)LED電源使用。另外本系統(tǒng)加裝無(wú)線質(zhì)量反饋功能，為生產(chǎn)管理者實(shí)時(shí)監(jiān)控LED電源的產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)。

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Design of the Testing System Based on LED Power Supply

TANGXing-er,LIANGJi-yi
（DepartmentofElectronicandInformationTechnology,JiangmenVoctionalandTechnicalCollgeg,Jiangmen529000,China)

Nowadays, the societyhasentered the era ofindustrial 4.LEDpower test ismore focused on the efficiencyand coordination of production and other aspects of the factors. For this reason, there is a kind ofwireless qualityfeedback device in LEDpower testing system.The device uses high power LEDtester as slave computer and the result of LEDpower quality detection is sent to themaster computer through thewirelessmodule nRF24L01 chip. Themaster computer also can transmit data through the wireless module to modify the maximum/minimum current. Therefore, the testing system has the functions of both on-line management and off-linemonitoring. It is proved by experiments that the test-passed LEDpower has good protection from fourmajor factors of influencing the surgecurrent(suchasLightningattenuationoscillationfrequency,electrostaticdischargefrequency,Voltagemutationfrequencyandswitchingfrequency).

surgecurrenttest;currenttransformer;outputcurrenttrajectorycurve;wirelessdetectionqualityfeedback

Tn76

A

1007-9467（2016）07-0070-03

2016-6-10

唐幸兒（1964～），女，廣東江門人，講師，從事應(yīng)用電子電路設(shè)計(jì)研究，（電子信箱）930816350@qq.com。