浙江樹人大學(xué) 任條娟

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(shè)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(yù)熱燈管電壓，預(yù)熱燈絲電流和預(yù)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(shè)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(shè)計要求，具有非常高的性價比，例如他內(nèi)部豐富的外設(shè)資源，可以大大簡化本測試儀的硬件設(shè)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(shè)計是本測試儀設(shè)計的重點和難點。

3 主要功能模塊的設(shè)計

3.1 燈管電壓和工作頻率信號采集硬件設(shè)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(yīng)，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(luò)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(yīng)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(shè)計

電流傳感器選擇受諸多因素限制，燈絲電流在預(yù)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(yīng)取樣設(shè)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(yīng)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