基于一种LED电源测试系统的设计

唐幸儿,梁季彝

（江门职业技术学院电子与信息技术系，广东 江门 529000）

基于一种LED电源测试系统的设计

唐幸儿,梁季彝

（江门职业技术学院电子与信息技术系，广东 江门 529000）

当今社会已步入工业4.0的时代，LED电源测试更着重于效率和协调生产等方面的因素。LED电源测试系统具有无线质量反馈的装置。此装置是以LED电源高效测试器作为下位机，通过无线模块NRF24L01芯片把LED电源质量的检测结果发送到上位机的PC电脑中，也可在上位计算机通过无线模块发送数据改变下位机的上、下限电流参数。这样，测试系统有线上管理，线下监控的功能。经试验证明经此系统测试合格后的LED电源在对影响浪涌电流四个重要因素（如：雷电衰减振荡频率、静电放电频率、电压突变频率、开关动作频率）方面有良好的抵御作用。

浪涌电流测试;电流互感器;输出电流轨迹曲线;检测无线质量反馈

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

1 引言

LED照明的质量好坏主要取决于电源的输入回路的质量。输入回路由于有隔离变压器初级线圈的存在，从而导致电压突变时浪涌电流的产生，浪涌电流对质量差的LED电源输入回路来说是致命的打击。我们总结了造成LED驱动电源输入回路可能烧毁的4种主要因素,如雷电衰减振荡波频率、电压突变频率、开关动作频率、静电放电频率是造成电压突变浪涌电流产生的根本。

由于在检测LED电源时加入浪涌电流测试，使老化测试效率得到了革命性的提高，同时通过电流互感器采集浪涌电流变化信号经RMS-DC模块及A/D转换后,在液晶屏上输出电流轨迹曲线,使一线生产者能通过电流的反馈信号精确判断LED电源产品质量起到实质性的意义。

2 国、内外现状

国内以杭州威锐电子科技有限公司的8061LED电源综合测试仪为代表,对LED驱动电源的输入电压、电流、功率(效率),输出电压、电流、纹波、过电流测试、短路测试、电源调整率、负载调整率、输出电压调整、综合调整率、效率、平均效率等参数进行测试，并没有加入浪涌电流测试。然而，浪涌电流是影响LED电源质量的重要指标。杭州远方测试系统中也只是对电子器件的单一浪涌测试并没有对影响LED电源浪涌电流的4种主要因素进行测试。

国际的情况是以致茂电子公司LED电源的整体测试解决方案包括输入端的可编程交流源或直流源，精准的数位功率表,还有特殊为LED电源输出拉载设计的专用电子负载。Chroma也发挥自动测试系统的整合能力，以多功能可编程交流电源供应器61500Series为例，现有的多功能可编程交流电源供应器61500 Series测试仪器，测试仪功能包括:电压、电流、功率、涌浪电流等。虽有加入浪涌电流测试，但也没有插入电压突变频率与浪涌电流同步的不同频率测试，而且操作起来不够直观。国外EMC浪涌测试及国内的远方测试系统价钱昂贵，只有大企业和科研机构才能配置，且需要长时间专业培训才可以使用该设备。对中小企业是不易做到的。

LED驱动电源经过多年的快速发展，国内企业的发展瓶颈包括产品规格、品牌、价格、渠道建设、营销模式等。随着行业的市场快速扩大，企业间的价格肉搏最后只能是两败俱伤，这几乎已经是所有LED企业的共识。那么，为了更好地在这个愈加残酷的市场上更好地生存下去，找到蓝海，正是所有LED电源企业的当务之急，LED电源的质量是企业继续发展的根本保证。本测试是一种新型的LED电源高效测试。

3 项目基本思路

3.1 研究项目总体设计内容

本系统由数字信号处理器DSP（IAP15W4K58S4）模块、4路频率调节MCU输入中断模块、6路高频晶闸管控制模块、电压电流采集模块，输出显示模块、数值转换模块、无线发送模块等组成。多功能高效LED驱动电源检测仪，可以实现对电压、电流、功率、LED驱动电源输入回路的检测，达到判断LED驱动电源的质量的目的。系统总设计框图，如图1所示。

图1 系统原理框图

3.2 工作原理

系统工作原理：首先将双联开关打到连接电源模块的位置，通过上位计算机的电流上、下限设置后经无线模块发送到下位测试器中来，计算出电流上、下限的平均值后通过选择固定电压测试（例如250V），进行下位机的轨迹曲线描绘，并把轨迹曲线存进寄存器作为测试标准曲线。在真正测试时，选择浪涌测试模式，这样便可以根据模拟LED电源的使用环境来选择4种频率：雷电衰减振荡(90～100kHz)、电压突变(40～65Hz)、开关动作(0.2～1kHz)、静电放电(50～100Hz)之一送入单片机中断，由单片机输出PWM信号控制可控硅切换6路不同电压模拟产生外部环境的浪涌电流，与此同时通过电流互感器次级绕组经单片机A/D转换后送至显示模块输出电流轨迹曲线。这样便可与测试标准曲线作比较，若偏差超过测试标准曲线的参考值±6%，则可判定待检测的LED驱动电源质量不好，下位测试器会自动报警。反之，则判定合格。当然，也可以先测试固定电压下的输出曲线，再测试浪涌电压下的输出曲线。下位机检测得到的合格率可以发送到上位机或智能终端设备中，相关人员根据检测结果便可判定该批次产品是否合格。同样，相关人员也可以根据实际需要，调整下位机的晶闸管控制模块的输出流限。这样，下限机的输出电流的标准曲线的上下限范围就相应地更改了，就可以测试不同功率的电源，而不是单一的电源，迎合工业4.0的智能化测试便可实现。本测试器具有对浪涌电流相同负载测试；浪涌电流不同负载测试；固定电压不同负载测试；具备输出电流轨迹监控。部分电路原理图如图2示。

图2 部分电路原理图

3.3 系统硬件设计模块

3.3.1 输入模块

由雷电衰减振荡波频率、电压突变频率、开关动作频率、静电放电频率、中断信号组成。产生中断后送入主控模块。

3.3.2 主控模块

由高速数字信号处理器STC系列（IAP15W4K58S4）组成，通过MCU产生PWM信号。

3.3.3 脉冲宽度调节模块（PWM）

由模拟四种实际环境频率：雷电衰减振荡波频率、开关动作频率、电压突变频率、静电放电频率产生中断送进单片机（见表1）。另外本项目设置频率微调功能，由MCU自带的PWM输出后再经旋转编码器微调送进分频器，分出六路进入晶闸管控制极。

表1 技术指标

3.3.4 旋转编码器模块

通过旋转编码器对输入频率进行细调，该频率可由旋转编码器调节频率增减。通过分频器分出六路进入晶闸管控制极。

3.3.5 晶体管控制模块

晶闸管控制模块由六只双向可控硅组成。双向可控硅切换六路不同电压模拟电压突变频率，通过电流互感器次级放大后由RMS-DC转换器输入A/D转换模块，经A/D转换后送进输出模块在LCD屏上显示输出电流轨迹曲线。

3.3.6 输出显示模块

由液晶显示屏、IC/IO接口、输出驱动组成。把A/D转换后的信号通过主控模块运算处理后经IO接口及输出驱动在液晶屏上输出电流轨迹曲线，及输出电流、电压显示。

3.3.7 电流和电压采集模块

由电流互感器次级绕组、RMS-DC电压转换模块、MCU内置的A/D转换组成。

3.3.8 数值转换模块

主要由MCU组成，是对数据进行收发状态转换。

3.3.9 无线发送模块

由IAP15W4K58S4及NRF24L01模块组成，负责将在一定的时间内的测试结果进行合格率计算发送到上位机电脑中来。另外可以在上位计算机中改变上、下限电流参数通过NRF24L01无线模块对下位机测试器进行测试标准曲线电流上、下限的修改（见图3）。

图3 无线发送设计图

3.4 系统软件部分设计图

图4为系统软件部分设计图（见图4）。

图4 系统软件部分设计图

3.5 上位机显示效果图

上位机显示效果图如图5、图6所示。

图5 串口设置

图6 电流设置

4 系统方案确定与特点

4.1 系统采用的核心方法

本检测仪是采用单片机的PWM技术使其产生模拟6种影响浪涌电流的雷电衰减振荡波频率、静电放电频率、电压突变频率、开关动作频率的脉冲振荡频率并可用旋转编码器调节各种脉冲波的频率范围，送进可控硅的控制极，切换6组不同电压进入LED电源驱动板的输入端模拟产生浪涌电流，在电流互感器次级经RMS-DC转换模块反馈到MCU，利用单片机A/D转换运算控制后在液晶屏上产生输出电流轨迹曲线。图7为采样模块图（见图7）。

图7 采样模块图

4.2 项目技术特点

1）本项目采用高速数字信号处理器MCU结合控制旋转编码器频率精确调节，由于频率的变化对LED驱动电源输入回路造成影响，所以有必要对频率进行PWM频率脉宽调节的精准控制。

2）采取液晶屏输出电流轨迹曲线对LED驱动电源输入回路监视曲线的偏差进行监控，使之偏差度少于±6%定义为质量好的LED电源驱动板。

3）进行浪涌电流相同负载测试、浪涌电流不同负载测试、固定电压不同负载测试。

4）模拟雷电振荡波频率振荡波、开关动作频率、静电放电频率、电压突变频率，使LED驱动电源更接近实际环境进行模拟测试。

5）电流互感器和RMS-DC转换成随浪涌电流实时变化的直流电压，经A/D转换后输入到MCU，再经过输出接口电路在LCD液晶屏上输出电流轨迹曲线，形成偏差曲线（浪涌电流情况下），从而确定LED驱动电源的质量。

6）设置了模拟实际环境的4种频率范围：雷电衰减振荡频率90～100kHz（旋转编码器调节）、电压突变频率40～65Hz（旋转编码器调节）、开关动作频率0.2～1kHz（旋转编码器调节）、静电放电频率50-100Hz（旋转编码器调节），按高频脉冲的脉间与脉宽比例通过公式量化编码数据确定定时器溢出率和定时器0初值，晶振 F0=24MHz，定时器0溢出率f（t0）=f（PWM）*256。

7）选择影响LED电源驱动板4个方面模拟实际环境：雷电衰减振荡波频率、开关动作频率、静电放电频率、电压突变频率，送入单片机中断，经单片机PWM程序分频输出，分别加到6只双向可控硅的控制极。

8）浪涌模块控制：双向可控硅第二阳极与电流互感器初级线圈串联，分频后的移相频率切换六组不同电压90V、110V、150V、180V、220V、250V通过可控硅进入LED电源驱动板的电源输入端。

9）电流互感器次级绕组把信号经RMS-DC转换器后变成直流电压输入到单片机进行A/D转换。

10）A/D转换后送到高速数字信号处理器 DSP（IAP15W4K58S4）主控模块然后再由输出模块的输出端监视输出电流轨迹曲线。LED负载输出电流的轨迹曲线用液晶屏显示。

11）由下位机（检测装置）在一定的周期内计算出合格率通过无线模块把测试结果发送到上位机中来，同时通过从上位机中更改电流上、下限数值调整下位机测试器的标准电流上、下限参数，使测试器能测不同功率的LED电源，辅助管理者对产品质量进行管理。

5 结论

本项目下位机利用电流互感器作为LED电源输入回路电流检测信号反馈采集和通过RMS-DC转换模块转换成直流电压的监视信号送至单片机经A/D转换后送进MCU中央处理器进行运算，由输入/输出（I/O）送至液晶屏输出电流轨迹曲线，并在测试时结合四种造成LED电源烧毁的频率结合6路不同的电压切换模拟电压突变引起的浪涌电流是一项创新性的发明，属国内、国际首创。经多次测量试验，多功能高效LED驱动电源检测仪具有直观、方便使用、功耗低、准确度高、运行稳定可靠、体积小、价格低廉的特点，除测试外，最大的使用优势在于对LED电源的老化试验，经试验该测试器是传统测试器老化效率的3倍以上，适合大量用于LED电源生产企业，作为老化检测LED电源使用。另外本系统加装无线质量反馈功能，为生产管理者实时监控LED电源的产品质量提供可靠的技术数据。

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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

唐幸儿（1964～），女，广东江门人，讲师，从事应用电子电路设计研究，（电子信箱）930816350@qq.com。