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(fèi)者更為關(guān)注的事情。為確保質(zhì)量，從國(guó)際到國(guó)內(nèi)，都制定了一系列的電源標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(guò)嚴(yán)格的老化測(cè)試和帶載測(cè)試。傳統(tǒng)的測(cè)試方法中一般都采用電阻、滑線(xiàn)變阻器、電阻箱等靜態(tài)負(fù)載充當(dāng)測(cè)試負(fù)載，但這些負(fù)載已經(jīng)不能滿(mǎn)足我們對(duì)負(fù)載多方面的要求，電子負(fù)載就是在實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載比較復(fù)雜的情況下而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的測(cè)試設(shè)備。它能替代傳統(tǒng)的負(fù)載，尤其對(duì)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(jì)出了一套能快速檢測(cè)電源參數(shù)的新型LED液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電源智能測(cè)試儀，該設(shè)備主要包括四路電子負(fù)載，電源控制主板和上位機(jī)智能測(cè)試系統(tǒng)。四路電子負(fù)載板以PIC16F877A控制核心，實(shí)現(xiàn)了設(shè)定電流、測(cè)電壓、測(cè)電流、實(shí)時(shí)接收上位機(jī)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(cè)電壓，恒定電流值。電源控制板采用PIC16F877A控制核心，通過(guò)接收上位機(jī)的控制指令，控制被測(cè)LED液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電源的供電開(kāi)關(guān)、PSON信號(hào)、BKON信號(hào)和ADJ信號(hào)。同時(shí)測(cè)試電源板的V_SEN1、I_SEN、V_SEN2和開(kāi)關(guān)頻率信號(hào)并發(fā)給上位機(jī)。上位機(jī)智能測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)采用ADM2483芯片搭建的RS485總線(xiàn)對(duì)四路電子負(fù)載和控制主板進(jìn)行控制，對(duì)下位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)LED液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電源的性能做出判斷。
1 智能測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)
    智能測(cè)試儀采用PIC16F877A處理器，通過(guò)485串口通信總線(xiàn)接收上位機(jī)命令，實(shí)現(xiàn)電源恒定電流設(shè)置和電源在OPEN、PSON、BKON、ADJ、負(fù)載短路、短路恢復(fù)等各個(gè)狀態(tài)的測(cè)試。測(cè)試通過(guò)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(guò)485總線(xiàn)發(fā)給上位機(jī)實(shí)時(shí)判斷。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

    本設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)分為3個(gè)層次：上位機(jī)、控制主板、電子負(fù)載。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次劃分如下：
    (1) 上位機(jī)：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(cè)試過(guò)程首先給控制板發(fā)送測(cè)試狀態(tài)，控制板響應(yīng)后，上位機(jī)發(fā)送各個(gè)模塊的反數(shù)據(jù)指令。
    (2) 控制主板：控制被測(cè)電源的測(cè)試狀態(tài)，包括：斷電、供電方式選擇，OPEN測(cè)試、PSON測(cè)試、BKON ADJ=0測(cè)試、BKON ADJ=5測(cè)試。同時(shí)能夠?qū)⒈粶y(cè)電源板的V_SEN1、I_SEN、V_SEN2和開(kāi)關(guān)頻率分別通過(guò)A/D模塊和CCP模塊測(cè)試出發(fā)給上位機(jī)。
    (3) 電子負(fù)載：通過(guò)單片機(jī)輸出不同占空比的PWM波形，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，調(diào)節(jié)流過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的電流，控制電源板的恒定電流大小，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電源板電壓變化。同時(shí)能響應(yīng)上位機(jī)恒流大小設(shè)置，短路和短路恢復(fù)命令并將各個(gè)測(cè)試狀態(tài)下的被測(cè)電源的電壓、電流發(fā)送給上位機(jī)[2]。電子負(fù)載結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 智能測(cè)試儀控制電路設(shè)計(jì)
    電子負(fù)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(jī)。PIC16F877A單片機(jī)在電子負(fù)載系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)以下功能：通過(guò)兩位撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)判斷負(fù)載類(lèi)型、占空比可調(diào)節(jié)的PWM控制信號(hào)輸出、實(shí)際電壓A/D采集、電流A/D采集、LCD顯示、485串口通信、鍵盤(pán)輸入等。
    PIC16F877A單片機(jī)在控制板系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)：供電方式選擇、開(kāi)電源、開(kāi)PSON、開(kāi)BKON、開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率采集，以及485串口通信等。
2.2 恒流電路設(shè)計(jì)    
    恒流電路采用場(chǎng)效應(yīng)管式恒流源，場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)工作在不飽和區(qū)時(shí)，漏極與源極之間的伏安特性可以看作是一個(gè)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(diǎn)，而且既無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)，也無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，噪聲低，壽命長(zhǎng)。但是MOSFET的通態(tài)電阻較大，且負(fù)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(shí)際負(fù)載。此外，MOS型晶體管特別適合于開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作，因?yàn)樗驅(qū)〞r(shí)的電阻極小，而且開(kāi)關(guān)速度快，所以是一種理想的開(kāi)關(guān)元件，這也正是電子負(fù)載使用場(chǎng)效應(yīng)管式恒流源的原因[3]。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，取一定裕量，并考慮到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不定因素，決定選用N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)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(xiàn)圖[4]，在4 V≤VGS≤5.3 V之間，滿(mǎn)足0 A≤ID≤14 A,且當(dāng)VDS大于一定值時(shí)，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(mǎn)足了恒流的條件，再加上ID負(fù)反饋調(diào)節(jié)VGS大小，能夠達(dá)到恒流的功能。當(dāng)其通過(guò)較大電流時(shí)，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(guò)MOS管所導(dǎo)致的溫升[5]。

2.3 采樣電路設(shè)計(jì)
    A/D是檢測(cè)和測(cè)量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段，為了讓負(fù)載準(zhǔn)確工作，設(shè)計(jì)中對(duì)被測(cè)電源的輸出電壓、MOS管的電流、電源板I_SEN、V_SEN1和V_SEN2進(jìn)行了實(shí)時(shí)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(dá)5 V/1 024≈0.005 V，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
    對(duì)電源輸出電壓測(cè)試中，電壓采樣電路要實(shí)現(xiàn)對(duì)0~250 V電壓采樣，則必須對(duì)輸入電壓進(jìn)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(kāi)關(guān)和繼電器選檔。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有3個(gè)二進(jìn)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(jìn)制信號(hào)可以選通1~8通道的打開(kāi)和關(guān)閉，也可連接該輸入端至輸出。但CMOS模擬開(kāi)關(guān)并不像繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場(chǎng)合，只適于處理幅度不超過(guò)其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)，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(yùn)算電路。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 軟件總體框架和設(shè)計(jì)思想

    下位機(jī)軟件總體流程如圖4所示，整個(gè)下位機(jī)為一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，采用輪詢(xún)的思想，對(duì)各個(gè)功能模塊輪流查詢(xún),分時(shí)處理。其中指令的接收通過(guò)串口接收中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，以及時(shí)響應(yīng)上位機(jī)的請(qǐng)求。

3.2 時(shí)序控制
    時(shí)序控制流程如圖5所示，各計(jì)數(shù)器的基準(zhǔn)時(shí)間由定時(shí)器0產(chǎn)生，定時(shí)器每500 ?滋s產(chǎn)生一次中斷作為基準(zhǔn)時(shí)間，在中斷服務(wù)程序中對(duì)各計(jì)數(shù)器加1。在時(shí)序控制程序中，當(dāng)A/D計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到9，清零A/D計(jì)數(shù)器，并置A/D采樣標(biāo)志，即每4.5 ms進(jìn)行一次A/D采樣；當(dāng)KEY計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到19，清零KEY計(jì)數(shù)器，并置KEY掃描標(biāo)志，即每9.5 ms進(jìn)行一次按鍵掃描；當(dāng)LOAD計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到39，清零LOAD計(jì)數(shù)器，并置LOAD掃描標(biāo)志，即每19.5 ms進(jìn)行一次負(fù)載編號(hào)掃描;當(dāng)LCD計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到80, 清零LCD計(jì)數(shù)器，并置LCD刷新標(biāo)志, 即每40 ms進(jìn)行一次液晶顯示刷新。
3.3 通信程序設(shè)計(jì)
    在下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)中，首先需要進(jìn)行通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，進(jìn)行通信信息幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，異步串行通信以幀為單位，即每次傳送一個(gè)數(shù)據(jù)幀。PIC16F877A通過(guò)設(shè)置寄存器SPBRG設(shè)置串口波特率，設(shè)置RCSTA來(lái)設(shè)置串口的工作模式。單片機(jī)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(lái)完成的，發(fā)送為查詢(xún)方式，當(dāng)檢查到數(shù)據(jù)寄存器為空時(shí)，把要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)發(fā)送，同時(shí)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)首先通過(guò)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入串口數(shù)據(jù)寄存器TXREG啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程，然后再控制邏輯的控制作用下將一位時(shí)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(yàn)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(xiě)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(gè)周期清零。圖6所示為下位機(jī)通信軟件流程。

3.4 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)上位機(jī)以VC為開(kāi)發(fā)工具，上位機(jī)主要是用于控制下位機(jī)完成電源板的各項(xiàng)測(cè)試，并顯示測(cè)試數(shù)據(jù)，分析測(cè)試數(shù)據(jù)和保存測(cè)試數(shù)據(jù)。上位機(jī)通過(guò)屬性列表完成對(duì)電源參數(shù)預(yù)值的加載和測(cè)試步驟、負(fù)載的選擇。
　整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，上位機(jī)將統(tǒng)計(jì)被測(cè)電源總數(shù)，被測(cè)電源合格率。同時(shí)配有監(jiān)視串口實(shí)時(shí)觀察測(cè)試信息。
4 測(cè)試結(jié)果
    在系統(tǒng)測(cè)試中，主要通過(guò)上位機(jī)界面進(jìn)行控制、設(shè)定、結(jié)果判斷，也可通過(guò)負(fù)載面板設(shè)定電流值和進(jìn)行短路測(cè)試及短路恢復(fù)測(cè)試。通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，首先加載電源型號(hào)的測(cè)試參數(shù)，需要修改測(cè)試參數(shù)時(shí)通過(guò)測(cè)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(fù)載設(shè)置恒流成功的指令后，點(diǎn)擊“Start”或者按下空格鍵開(kāi)始測(cè)試，界面會(huì)根據(jù)下位機(jī)返回的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，彈出相應(yīng)的提示窗口。測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

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