引言

電子節(jié)能燈是走進千家萬戶的產(chǎn)品，提高它的品質(zhì)對于提倡節(jié)能的現(xiàn)代化建設有重要意義,，對于生產(chǎn)企業(yè)則是增強產(chǎn)品競爭力的必由途徑,，電子節(jié)能燈實現(xiàn)節(jié)能的主要原理是以電子鎮(zhèn)流器代替?zhèn)鞑ル姼墟?zhèn)流器，提高電子節(jié)能燈品質(zhì)最重要的是要保證電子鎮(zhèn)流器的品質(zhì),，我校受企業(yè)的委托研制了本綜合測試儀,，用于生產(chǎn)過程中的分析，測試電子鎮(zhèn)流器的性能,。

1 電子鎮(zhèn)流器主要測試項目

電子鎮(zhèn)流器原理可以簡化為圖1所示的電路,，影響電子鎮(zhèn)流器性能的主要指標有：啟動階段的預熱燈管電壓，預熱燈絲電流和預熱時間,，穩(wěn)定后的燈管電壓,、燈管電流、燈絲電流,、振蕩頻率,、輸入電流,、輸入功率和功率因素，為此須放置傳感器采集輸出端的燈管電壓,，燈絲電流,，陰極電路和振蕩頻率，采集輸入端的功率,、電流和功率因素等數(shù)據(jù),，然后分析、計算采集的數(shù)據(jù)得到電子鎮(zhèn)流器的各項性能指標,。

2 測試儀總體設計思路

圖2是測試儀的總體框圖,，本測試儀由計算機和嵌入式測試儀兩部分組成，嵌入式測試儀采集并分析各項數(shù)據(jù),，然后經(jīng)RS232串口上傳到計算機,，在計算機上顯示并保存測試結(jié)果。

嵌入式測試儀以MSP430F133為核心,，MSP430F133是TI公司生產(chǎn)的低功耗16位混合信號單片機,，最高處理能力為8MIPS，具有8KB Flash型存儲器和256字節(jié)RAM,，2個16位計數(shù)器和1個看門狗定時器,，1個串行通信接口，還有一個最高轉(zhuǎn)換速度200ksps的12位ADC模塊,，MSP430F133單片機非常適合于本測試儀中的設計要求,，具有非常高的性價比，例如他內(nèi)部豐富的外設資源,，可以大大簡化本測試儀的硬件設計,。

電子鎮(zhèn)流器的振蕩頻率一般在40KHz左右，啟動時燈管電壓（峰-峰值）通常超過1000V,，而在穩(wěn)定后燈管電壓（有效值）不到100V,，具有頻率高、電壓高及變化幅度大等特點,，因此,，信號采集電路的設計是本測試儀設計的重點和難點。

3 主要功能模塊的設計

3.1 燈管電壓和工作頻率信號采集硬件設計

測試儀燈管電壓（有效值）測試量程為0-500V,。為了與信號變換及ADC電路相適應,，必須將該燈管電壓信號衰減到0-2.5V，即200：1的分壓衰減,。

通過對多種電阻器件分布電感和電容特性的深入研究及實例,，發(fā)現(xiàn)3386型單圈玻璃釉電位器具有極小的分布電感和電容，用它制作4MΩ：20KΩ（分壓比為200：1）的分壓取樣電路，分壓得到的信號非線性和畸變均小于1%,，完全滿足測試儀精度的要求,。

電子鎮(zhèn)流器輸出燈管電壓信號的頻率和幅度都極不穩(wěn)定，隨著燈管和器件發(fā)熱會發(fā)生顯著變化,，通常頻率和電壓信號包絡被電網(wǎng)的工頻信號調(diào)制,，采用常規(guī)的峰值檢波電路或平均值檢波電路等方法來測試燈管電壓有效值，都會有較大的誤差,，因而采用真有效值測量專用集成電路AD637,，將雜亂的燈管電壓信號轉(zhuǎn)換為對應的有效值直流電壓，然后送MSP430F133內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換器,。

測試儀中的頻率測量電路是將衰減取樣到的燈管電壓信號送由LM393構(gòu)成的具有遲滯特性得比較器,，將交流信號整形為脈沖信號，然后送MSP430F133的計數(shù)器輸入腳,，由MSP430F133內(nèi)部計數(shù)器實現(xiàn)頻率測量,，具體實現(xiàn)電路如圖3所示。

3.2 燈絲電流和燈管電流采集硬件設計

電流傳感器選擇受諸多因素限制,，燈絲電流在預熱階段達幾百mA,，而在正常時只有幾十mA；燈絲電阻有多種規(guī)格,，從幾Ω到幾十Ω,；波形是雜亂的，頻率在40KHz左右,，頻率和幅值均受電網(wǎng)工頻信號的調(diào)制,，因此，電流采樣電路使用常規(guī)的采樣電阻取樣或者線圈感應取樣設計,，存在帶寬窄、非線性和畸變嚴重,，影響電子鎮(zhèn)流器的工作狀態(tài)等問題,，都不能滿足測試儀的要求。

為此,，選擇閉環(huán)式霍爾電流傳感器作為測試儀的電流傳感器,，閉環(huán)式霍爾電流傳感器的磁芯中磁通量近乎為0，因此,，插入損耗很小,，幾乎不會對被測電路產(chǎn)生影響，并且可以測量從直流到100kHz各種波形的電流,，另外與被測定對象之間是物理隔離的,。

閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理如圖4所示，如果霍爾元件有磁場通過，則有電壓輸出,，該電壓放大并轉(zhuǎn)換為電流輸出給補償線圈,，由補償線 圈產(chǎn)生與被測電流方向相反的磁場，經(jīng)動態(tài)反饋使磁芯中的磁通為0,，此時

                 I1×N1=I2×N2即I1=I2（N2/I1）=（Uo/Rs）（N2/I1）

式中,，I1為被測電流，N1為其對應初級繞組的匝數(shù),；I2為補償線圈中的電流,，N2是補償線圈中的匝數(shù)；Uo是I2流經(jīng)取樣電阻Rs產(chǎn)生的壓降,，由上式可知,，當磁場平衡時，只要測量Uo即可計算得到被測電流,。

經(jīng)測試,，閉環(huán)式霍爾電流傳感器完全滿足測試儀電流取樣的各項要求，確保了測試儀電流測量的高精度,，有效值變換電路如圖5所示,，與電壓通道相同。

3.3 電流,、功率和功率因素采集模塊設計

直接利用遠方公司生產(chǎn)的PF9805型智能電量測試儀測量輸入電流,、輸入功率以及功率因素，PF9805型電電量測試儀帶有RS232接口,。本測試儀所需要做的是利用它提供的接口,，適時讀取輸入電流等數(shù)據(jù)。

由于MSP430F133只有一個串行通信接口,，但是需要與PF9805型電量測試儀,、PC兩個對象通信，經(jīng)過仔細分析工作時序,，設計了圖6所示的串行通信切換電路,，以很低的代價實現(xiàn)了串口的擴展。

4 軟件設計

4.1 下位機軟件設計

本測試儀的軟件設計,，需要根據(jù)電子鎮(zhèn)流器的工作時序,，依序采集對應的電壓、電流和頻率等數(shù)據(jù),，并對采集到的數(shù)據(jù)進行分析,、處理，得到各項測試結(jié)果,，最后將測試結(jié)果上傳到計算機,。 圖7是MSP430F133中程序的流程,，在該程序當中，從通信角度而言,，單片機是主機,，與PC和PF9805型電量測試之間的通信只能由它發(fā)起，以避免串口沖突,。

在燈管點燎?，灯管悼姽矚g咸岣擼詰懔梁螅乒艿繆乖蚩燜儐陸擔菡庖惶匭?，辰{蛑辛觳獾乒艿繆?，当臭溨贡K悴⑾陸檔階畬蟮繆溝?0%（可設）時，判定預熱結(jié)束燈管已經(jīng)點亮,。

預熱燈管電壓：鎮(zhèn)流器加電后,，一直檢測燈管電壓并記錄最大值，直到預熱階段結(jié)束,，該最大值就是預熱燈管電壓,。

預熱燈絲電流：鎮(zhèn)流器加電后，一直檢測燈絲電流并記錄最大值,，直到預熱階段結(jié)束,，該最大值就是預熱燈絲電流。

預熱時間：從鎮(zhèn)流器加電開始啟動計時,，到預熱階段結(jié)束停止,，所計的時間就是預熱時間。

預熱結(jié)束后,，延遲10s（可設）,，認為達到穩(wěn)定，進行各項穩(wěn)定指標的測試,，需要注意的是,，無論電壓、電流還是頻率,，均是工頻50Hz的函數(shù),，因此，各項測試均以20ms的整數(shù)倍為周期,，進行平均處理,，以盡量減少由于工頻信號調(diào)制所帶來的誤差,。

4.2 上位機軟件設計

計算機軟件用Delphi7編寫,，主要完成三項功能：與測試儀通信、參數(shù)設置,、測試數(shù)據(jù)顯示和保存,。

與測試儀通信，共定義了3條指令：向測試儀加載參數(shù)請求、加載參數(shù)及返回測試結(jié)果,，雙方約定波特率為19200bps,，計算機為從機，平時處于接收狀態(tài),，只有收到加載參數(shù)請求時才向測試儀發(fā)送各項設置參數(shù),，通信部分軟化流程如圖8所示。

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5 小結(jié)

本測試儀巧妙地利用了玻璃釉電位器構(gòu)成分壓取樣電路,；使用新型閉環(huán)霍爾電流傳感器采樣電路,，以及AD637高性能真有效值轉(zhuǎn)換芯片變換諧波豐富的電壓和電流信號，選擇MSP430F133新型16位低功耗混合信號單片機為主處理器,，并最大限度地利用其片上ADC,、UART、Flash,、Timer等資源,，從實際設計完成的產(chǎn)品看，具有精度高,、成本低,、簡單易用的特點，完全滿足生產(chǎn)過程中電子鎮(zhèn)流器性能分析監(jiān)控的要求,，如果在軟件中引入校準,、補償?shù)忍幚恚摐y試儀還可以用于電子鎮(zhèn)流器研發(fā)等場合的分析測試,。