隨著電源產(chǎn)品使用的日益廣泛，電源產(chǎn)品的性能好壞成為消費者更為關(guān)注的事情。為確保質(zhì)量，從國際到國內(nèi)，都制定了一系列的電源標(biāo)準(zhǔn)來衡量電源產(chǎn)品的質(zhì)量，每批電源產(chǎn)品的出廠，都要經(jīng)過嚴格的老化測試和帶載測試。傳統(tǒng)的測試方法中一般都采用電阻、滑線變阻器、電阻箱等靜態(tài)負載充當(dāng)測試負載，但這些負載已經(jīng)不能滿足我們對負載多方面的要求，電子負載就是在實際應(yīng)用中負載比較復(fù)雜的情況下而設(shè)計生產(chǎn)的測試設(shè)備。它能替代傳統(tǒng)的負載，尤其對吸收恒定電流或以恒定電壓吸收電流，或電壓電流都要在設(shè)定范圍突變等傳統(tǒng)方法不能解決的領(lǐng)域里，更能顯示出優(yōu)越性能[1]。
    鑒于以上這些因素，設(shè)計出了一套能快速檢測電源參數(shù)的新型LED液晶顯示器驅(qū)動電源智能測試儀，該設(shè)備主要包括四路電子負載，電源控制主板和上位機智能測試系統(tǒng)。四路電子負載板以PIC16F877A控制核心，實現(xiàn)了設(shè)定電流、測電壓、測電流、實時接收上位機指令傳送采樣數(shù)據(jù)等工作模式，并采用液晶屏顯示被測電壓，恒定電流值。電源控制板采用PIC16F877A控制核心，通過接收上位機的控制指令，控制被測LED液晶顯示器驅(qū)動電源的供電開關(guān)、PSON信號、BKON信號和ADJ信號。同時測試電源板的V_SEN1、I_SEN、V_SEN2和開關(guān)頻率信號并發(fā)給上位機。上位機智能測試系統(tǒng)通過采用ADM2483芯片搭建的RS485總線對四路電子負載和控制主板進行控制，對下位機傳送過來的采樣數(shù)據(jù)進行處理，從而對LED液晶顯示器驅(qū)動電源的性能做出判斷。
1 智能測試儀總體設(shè)計
    智能測試儀采用PIC16F877A處理器，通過485串口通信總線接收上位機命令，實現(xiàn)電源恒定電流設(shè)置和電源在OPEN、PSON、BKON、ADJ、負載短路、短路恢復(fù)等各個狀態(tài)的測試。測試通過內(nèi)部A/D、CCP等模塊采集電源輸出電壓、電流、I_SEN、V_SEN1、V_SEN2、頻率等信息，并通過485總線發(fā)給上位機實時判斷。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

    本設(shè)計整個系統(tǒng)分為3個層次：上位機、控制主板、電子負載。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次劃分如下：
    (1) 上位機：含有電源所有參數(shù)信息，初始化設(shè)置中設(shè)置恒定電流和供電方式。測試過程首先給控制板發(fā)送測試狀態(tài)，控制板響應(yīng)后，上位機發(fā)送各個模塊的反數(shù)據(jù)指令。
    (2) 控制主板：控制被測電源的測試狀態(tài)，包括：斷電、供電方式選擇，OPEN測試、PSON測試、BKON ADJ=0測試、BKON ADJ=5測試。同時能夠?qū)⒈粶y電源板的V_SEN1、I_SEN、V_SEN2和開關(guān)頻率分別通過A/D模塊和CCP模塊測試出發(fā)給上位機。
    (3) 電子負載：通過單片機輸出不同占空比的PWM波形，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，調(diào)節(jié)流過場效應(yīng)管的電流，控制電源板的恒定電流大小，并實時監(jiān)測電源板電壓變化。同時能響應(yīng)上位機恒流大小設(shè)置，短路和短路恢復(fù)命令并將各個測試狀態(tài)下的被測電源的電壓、電流發(fā)送給上位機[2]。電子負載結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計
2.1 智能測試儀控制電路設(shè)計
    電子負載系統(tǒng)和控制板系統(tǒng)的核心控制器選用Microchip公司的PIC16F877A單片機。PIC16F877A單片機在電子負載系統(tǒng)中主要實現(xiàn)以下功能：通過兩位撥碼開關(guān)實時判斷負載類型、占空比可調(diào)節(jié)的PWM控制信號輸出、實際電壓A/D采集、電流A/D采集、LCD顯示、485串口通信、鍵盤輸入等。
    PIC16F877A單片機在控制板系統(tǒng)中主要實現(xiàn)：供電方式選擇、開電源、開PSON、開BKON、開ADJ、電源板上V_SEN1電壓A/D采集、I_SEN電流A/D采集、V_SEN2電壓A/D采集和開關(guān)頻率采集，以及485串口通信等。
2.2 恒流電路設(shè)計    
    恒流電路采用場效應(yīng)管式恒流源，場效應(yīng)晶體管(MOSFET)工作在不飽和區(qū)時，漏極與源極之間的伏安特性可以看作是一個受柵-源電壓控制的可變電阻。用MOSFET作可變電阻具有工作速度快，可靠性高和控制靈敏等優(yōu)點，而且既無機械觸點，也無運動部件，噪聲低，壽命長。但是MOSFET的通態(tài)電阻較大，且負載電流較小。所以MOSFET適合模擬一些變化速度較快，但電流不大的實際負載。此外，MOS型晶體管特別適合于開關(guān)狀態(tài)工作，因為它正向?qū)〞r的電阻極小，而且開關(guān)速度快，所以是一種理想的開關(guān)元件，這也正是電子負載使用場效應(yīng)管式恒流源的原因[3]。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，取一定裕量，并考慮到實驗過程中的不定因素，決定選用N溝道增強型場效應(yīng)管IRFP450。IRFP450的漏源極擊穿電壓VDS=500 V，最大漏源極連續(xù)導(dǎo)通電流為ID=14 A，靜態(tài)導(dǎo)通電阻RDS(on)=0.400 Ω。
    圖3為IRFP450輸出特性曲線圖[4]，在4 V≤VGS≤5.3 V之間，滿足0 A≤ID≤14 A,且當(dāng)VDS大于一定值時，ID的大小只隨VGS而變化，VGS不變則ID基本保持不變，這就基本滿足了恒流的條件，再加上ID負反饋調(diào)節(jié)VGS大小，能夠達到恒流的功能。當(dāng)其通過較大電流時，MOSFET管上的功率較大，發(fā)熱很厲害，所以需要加上大散熱片，采用空氣冷卻方式解決大電流經(jīng)過MOS管所導(dǎo)致的溫升[5]。

2.3 采樣電路設(shè)計
    A/D是檢測和測量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段，為了讓負載準(zhǔn)確工作，設(shè)計中對被測電源的輸出電壓、MOS管的電流、電源板I_SEN、V_SEN1和V_SEN2進行了實時采樣。采樣A/D選用PIC16F877A內(nèi)部10位精度的逐次逼近型A/D，采樣精度可達5 V/1 024≈0.005 V，滿足設(shè)計需求，簡化了電路設(shè)計。
    對電源輸出電壓測試中，電壓采樣電路要實現(xiàn)對0~250 V電壓采樣，則必須對輸入電壓進行分壓、選檔。分壓一般采用電阻分壓，使其最大輸入電壓小于5 V；選檔提高采樣電壓精確度。考慮了模擬電子開關(guān)和繼電器選檔。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有3個二進制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。這3 bit二進制信號可以選通1~8通道的打開和關(guān)閉，也可連接該輸入端至輸出。但CMOS模擬開關(guān)并不像繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場合，只適于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號，且必須共地，加光耦電路。因此采用繼電器控制選檔的減法運算電路。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計
3.1 軟件總體框架和設(shè)計思想

    下位機軟件總體流程如圖4所示，整個下位機為一個實時系統(tǒng)，采用輪詢的思想，對各個功能模塊輪流查詢,分時處理。其中指令的接收通過串口接收中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，以及時響應(yīng)上位機的請求。

3.2 時序控制
    時序控制流程如圖5所示，各計數(shù)器的基準(zhǔn)時間由定時器0產(chǎn)生，定時器每500 ?滋s產(chǎn)生一次中斷作為基準(zhǔn)時間，在中斷服務(wù)程序中對各計數(shù)器加1。在時序控制程序中，當(dāng)A/D計數(shù)器計數(shù)到9，清零A/D計數(shù)器，并置A/D采樣標(biāo)志，即每4.5 ms進行一次A/D采樣；當(dāng)KEY計數(shù)器計數(shù)到19，清零KEY計數(shù)器，并置KEY掃描標(biāo)志，即每9.5 ms進行一次按鍵掃描；當(dāng)LOAD計數(shù)器計數(shù)到39，清零LOAD計數(shù)器，并置LOAD掃描標(biāo)志，即每19.5 ms進行一次負載編號掃描;當(dāng)LCD計數(shù)器計數(shù)到80, 清零LCD計數(shù)器，并置LCD刷新標(biāo)志, 即每40 ms進行一次液晶顯示刷新。
3.3 通信程序設(shè)計
    在下位機軟件設(shè)計中，首先需要進行通信協(xié)議的設(shè)計，進行通信信息幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，異步串行通信以幀為單位，即每次傳送一個數(shù)據(jù)幀。PIC16F877A通過設(shè)置寄存器SPBRG設(shè)置串口波特率，設(shè)置RCSTA來設(shè)置串口的工作模式。單片機的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收分別由數(shù)據(jù)發(fā)送單元和數(shù)據(jù)接收單元來完成的，發(fā)送為查詢方式，當(dāng)檢查到數(shù)據(jù)寄存器為空時，把要寫入的數(shù)據(jù)發(fā)送，同時恢復(fù)串口為接收模式，接收以中斷方式[6]。
    數(shù)據(jù)發(fā)送單元：單片機首先通過將數(shù)據(jù)寫入串口數(shù)據(jù)寄存器TXREG啟動發(fā)送過程，然后再控制邏輯的控制作用下將一位時鐘脈沖加載到移位寄存器，然后依次將起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位傳送至TXD端口。在一幀數(shù)據(jù)傳輸完成后，若又有數(shù)據(jù)寫入串口數(shù)據(jù)寄存器，則該數(shù)據(jù)立即裝入到移位寄存器(TSR)中，TXIF立即置1，當(dāng)發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)完成后，TXIF標(biāo)志位在下一個周期清零。圖6所示為下位機通信軟件流程。

3.4 上位機程序設(shè)計
    系統(tǒng)上位機以VC為開發(fā)工具，上位機主要是用于控制下位機完成電源板的各項測試，并顯示測試數(shù)據(jù)，分析測試數(shù)據(jù)和保存測試數(shù)據(jù)。上位機通過屬性列表完成對電源參數(shù)預(yù)值的加載和測試步驟、負載的選擇。
　整個測試過程中，上位機將統(tǒng)計被測電源總數(shù)，被測電源合格率。同時配有監(jiān)視串口實時觀察測試信息。
4 測試結(jié)果
    在系統(tǒng)測試中，主要通過上位機界面進行控制、設(shè)定、結(jié)果判斷，也可通過負載面板設(shè)定電流值和進行短路測試及短路恢復(fù)測試。通過上位機進行系統(tǒng)測試，首先加載電源型號的測試參數(shù)，需要修改測試參數(shù)時通過測試設(shè)置完成，然后初始化設(shè)置電流，監(jiān)視窗口接收到負載設(shè)置恒流成功的指令后，點擊“Start”或者按下空格鍵開始測試，界面會根據(jù)下位機返回的測試數(shù)據(jù)進行判斷，彈出相應(yīng)的提示窗口。測試結(jié)果如圖7所示。

參考文獻
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