大功率电阻老化控制板的设计

陈 功，潘 柳，明治中

（中国西南电子技术研究所，四川 成都 610036）

0引言

在电子元器件的检测筛选中，大功率电阻的筛选流程一直与小功率电阻相同，仅进行温度冲击试验，而没有进行功率老化试验。由于大功率电阻的制作工艺、材料和用途等与小功率电阻相差很大，如不对它进行老化试验，很难保证在重大工程上应用的稳定性和可靠性。因此，必须进行大功率电阻的老化试验，在规定的时间内对试验电阻进行加电，使其工作在额度的功率状态下，试验完成后再检查其电阻值是否满足要求。而要开展该项工作，间隙老化的时间控制问题就成为开展此项目的关键技术之一。

根据国家标准GB/T 5729-2003《电子设备用固定电阻器 第1部分：总规范》中4.25.1.3条的规定，电阻的功率老化工作与其他器件的老化工作不同，是间隙工作的[1]。即应该1.5h通电（老化时间）和0.5h断电（间隙时间）周期性地施加电压到电阻上，并持续48h（老化周期）。所以大功率电阻的老化筛选试验需要一个时间控制单元，并且同时显示老化状态、老化实时时间、对于故障电阻进行判断。针对这种情况，利用现有的三极管老化平台，进行相关研究，研制了老化控制板。

1 系统及老化板工作原理

1.1 系统硬件组成及老化原理

该系统由老化平台、程控电源、PC、老化控制板组成（如图1）。老化平台共有4个单独的分区，单独的水冷系统，确保电阻不会因为温度过高而损坏或变色。每个区可以摆放18只电阻，并且由4组电源分别对其供电，每个区每个被测件的电压、电流可在PC上进行监测。程控电源输出试验电阻所需的电压和电流，通过老化控制板控制其输出到老化平台。PC机实时读取老化平台的每个被测件的电压、电流，从而得出该器件的功率，并进行数字或曲线显示。而老化控制板控制老化的时间参数值，检查老化平台上被测件的状态，发生异常，立即切断电源并通过蜂鸣器报警提示；当老化顺利完成后，控制板切断程控电源，并通过蜂鸣器报警提示任务完成。同时显示当前老化状态、时间。

图1 系统硬件框图

1.2 老化控制板原理

控制板由键盘、继电器驱动电路、显示电路、蜂鸣器报警、温度检测电路与单片机集成电路组成，如图2所示。

图2 控制板框图

通过键盘控制老化的各时间参数、启动老化程序、切换显示状态。而温度检测部分，采用“一线总线”数字化温度传感器DS18B20[2]，设置分辨率为0.5℃，当检测到老化平台中电阻的温度超过设定值时，立即通过单片机控制继电器驱动电路，从而切断该老化区的供电电源，即停止老化，并且通过蜂鸣器报警电路进行提示。而继电器驱动电路，是通过单片机控制进而控制程控电源的输出，在老化周期内，通过老化控制板来控制电源输出的开启和断开。

单片机采用Atmel公司的AT89S52[3]，是一种低功耗、高性能CMOS 8位微处理器，具有8 KB可编程Flash存储器，采用了高密度存储技术，并且在编程指令上与MCS-51系列单片机兼容。该芯片还具有如下功能：256 Byte RAM，32位I/O线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，1个6向量2级中断，1个双工通信的串口，芯片内置振荡器和时钟电路。除此之外还支持静态逻辑工作在0Hz，两种软件节能模式，在空闲模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器/计数器、串口、中断系统仍能正常工作；在掉电模式下，自动保存RAM中的内容，停止振荡器和其他功能工作，当有中断或复位后，才恢复正常工作。由于其功能强大，为许多嵌入式控制系统应用提供高灵活、超有效的解决方案。

该设计利用AT89S52中的Flash存储器，将编译好的软件程序载入其中，通过软件控制用端口P3对键盘输入数据进行处理；P2对“一线总线”数字化温度传感器DS18B20进行读写操作，从而完成温度数据采集[4]；P1则控制继电器驱动电路；P0口处理老化的相应时间参数，并送到显示屏显示，在显示处理和计时处理时，采用AT89S52内部16位定时器和中断[5-10]。

2 控制板软件设计

该控制软件有老化参数设置、键盘扫描、温度检测、延时处理。软件首先对老化的初始参数进行设置，然后进入键盘扫描，处理完成后再进行温度检测，之后进行延时处理，再在键盘扫描、温度检测、延时处理之间循环执行，直到试验任务完成或有异常情况终止。软件流程如图3。

图3 软件流程框图

2.1 老化参数设置

控制板加电后，将初始化老化时间、间隙时间、老化周期的时间（默认依次为1.5，0.5，48h），同时在显示器的前两位显示.tt（总共需要的时间），此时按控制板上键盘区的“开始”键后，系统将按默认的老化参数进行，显示屏上将显示已用时间的小时位、分钟位。如果用户需要自己定义参数，此时可以直接通过键盘上的数字进行输入相应的参数，每个参数最大为99h 99min，如果输入错误，可立即通过“删除”键删除错误数字位，然后重新输入。当确认输入正确后，按“确认”键将载入刚才的输入，同时自动切换到下一输入状态。当3个参数都输入完成后，按“开始”键将按用户定义的参数进行老化试验。

2.2 键盘扫描、温度检测、延时处理

当开始老化试验时，首先进行的是对试验电阻加电，即按老化用户选择的时间参数进行，显示屏上显示的是已用时间。然后检查是否有显示方式切换“模式”键按下，如果有则切换到下一状态，显示剩余时间lt，倘若再次按下该键，将显示此时老化总共需要的时间tt。通过该键控制显示屏中这3个参数间的显示，并且依次在3种状态间切换。一旦老化计时开始后，除“模式”键外均被锁定，不会因为误按键盘上的按键而使试验出现异常。

温度检测部分，分别检测4个老化区中的电阻是否出现超温现象。当检测到其中某只电阻温度高于设置的温度上限时，程序将立即关闭电源输出停止老化试验，同时通过蜂鸣器进行报警提示，如果在已用时间模式下，将显示已用的时间。此时只有排除故障后，重新进行老化试验，用户可根据老化试验总共时间减去已用时间重新进行。该部分的温度限值是实际试验环境条件进行测试后得到的结果。

然后将依次进行时间处理，处理小时、分钟和秒的相关进位与降位。对于已有时间将进行进位处理，而对于剩余时间则进行降位处理。之后将判断是否进行老化状态的切换，是否从老化时间转到间隙时间，或从间隙时间转到老化时间。

当老化试验完成后，控制板将关闭程控电源，通过蜂鸣器报警提示此次任务已经完成，同时显示屏上显示的已用时间将是用户设置的总共需要的时间，如果是剩余时间将显示为零。

3 软件运行环境

软件的设计是基于Keil uVision3环境（如图4）[11]，该平台支持C语言和汇编语言两种，具有进行代码的编译、连接、仿真等多种功能，而此次设计是基于C语言。通过选择相应的单片机AT89S52，输入在实际电路中的单片机外接晶体频率，输入编译后生成的文件名。当代码编译成功后，将按用户设置的产生以HEX为后缀名的文件。通过ISP软件及相应下载硬件（如图5），便可以将该文件烧录到单片机AT89S52中。

4 实验

4.1 控制板时间准确性验证

设计要求控制板在控制老化时间、间隙时间、老化周期时间时误差均在5s内。

图4 Keil uVision3界面

图5 PROGISP下载界面

在大功率电阻的老化过程中，用HTC（台湾宏达电）公司生产的秒表计数器PC395对间隙时间控制器发出的控制信号进行了多次测试，其通电1.5h、断电0.5 h和老化周期48 h的时间误差均在5 s内（实际最大误差为4.38s），满足设计的指标要求。表1给出了多次测量时误差最大的1次数据。

表1 时间参数测试数据

4.2 异常处理的响应性验证

当温度高于设置的上限时，控制蜂鸣器发声进行提示，并且通过控制继电器关闭电源输出。于是，在显示屏上显示其中一个温度传感器的温度值，同时用另一个温度计与其放在相同的环境中，缓慢增加温度，观测两者的温度在1℃的误差范围内。当温度到达设置的上限时，蜂鸣器发声，测量单片机控制继电器的端口信号，与设计的理论值相同，说明控制正确。对于其他的温度传感器，采用同种方法，进行相应的验证，均符合设计要求。

对于其他如按键控制、数字输入、任务完成等状态均进行相应的测试，每项均符合设计要求。

5 结束语

利用现有的三极管老化平台，设计了基于单片机AT89S52控制的大功率电阻老化控制板。通过Keil uVision3集成平台，利用C语言进行单片机的控制程序设计，利用PROGISP软件将控制代码烧录到单片机中。通过实际测试验证与修改，最终使控制老化时间、间隙时间、老化周期时间误差均在5s内，并验证该控制板对老化异常处理的正确性。

[1]GB/T 5729—2003电子设备用固定电阻器第1部分：总规则[S].北京：中国标准出版社，2004.

[2] 黄慧，殷兴辉.基于DS18B20的高分辨率温度数据采集[J].电子测量技术，2009，32（6）：131-133.

[3] 徐永权.ATMEL89系列Flash单片机原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2003.

[4]颜世凡.基于单片机的温度远程显示系统设计[J].科技创新导报，2010（17）：30-31.

[5]周明德.微型计算机系统原理及应用[M].3版.北京：清华大学出版社，1998.

[6] 陈汝全，林水生.实用微机与计算机技术[M].成都：电子科技大学出版社，1993.

[7] 陈忠平.单片机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，1997.

[8] 马家辰，孙玉德，张颖.MCS-51单片机原理及接口技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

[9]薛小玲，刘志群，贾俊荣.单片机接口模块应用与开发实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[10]冯博琴.微型计算机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，2003.

[11]叶军.Porteus和Keil uVision3联合应用实例[J].青海大学学报：自然科学版，2008，26（5）：33-34.