一种多通道隔离型电子负载和电源老化测试系统

摘要

本发明公开了一种多通道隔离型电子负载，包括主微处理器、串口和多个通道单元，主微处理器通过串口与上位机通讯，主微处理器还与多个通道单元连接，通道单元包括光电隔离通讯电路、从微处理器、高速DA转换器、带载模式切换电路、开关驱动电路、开关管、电流检测电路、电压检测电路、高速AD转换器和检流电阻，主微处理器通过光电隔离通讯电路向从微处理器发送参数设置指令，从微处理器根据所述设置指令控制DA转换器设置带载的电流值或电压值。本发明还公开一种电源老化测试系统。实施本发明的多通道隔离型电子负载及电源老化测试系统，具有以下有益效果：提高了测试非隔离电源的安全性、系统运行的可靠性较高、成本较低。

说明书

技术领域

本发明涉及老化测试领域，特别涉及一种多通道隔离型电子负载和电源老 化测试系统。

背景技术

随着照明技术的发展，近年来LED(发光二极管)进入照明领域，以其节 能、环保和寿命长等优点正逐渐取代传统的白炽灯泡，成为照明灯具的主流， 同时也给LED照明灯具的核心—LED驱动电源带来市场需求量上的暴增。在 LED驱动电源的应用技术中，非隔离LED驱动电源以其体积小、效率高和成本 低廉等众多优点，成为LED照明灯具的主流电源。“非隔离”是指在交流输入 端(热地)和负载端(冷地)之间没有通过变压器进行电气隔离，而是具有相 同的电流通路。典型的非隔离LED驱动电源(以下简称为非隔离电源)的电路 原理图如图1所示。图2是传统技术中典型的电子负载电路的电路原理图。

电子负载是电源类产品必备的检测仪器，但传统的电子负载一般应用于隔 离电源，而非隔离电源由于其电路架构的特殊性，如果同样采用传统的电子负 载来做测试会遇到如下几个问题：

第一，由于非隔离电源的AC输入与负载之间不存在变压器，因此无法做到 输出与输入之间在电气上的隔离与绝缘，而传统的电子负载的操作面板、通讯 接口与功率部分电路之间也并无电气隔离，当用来测试非隔离电源时，会给操 作者带来触电的可能性。

第二，当采用传统的电子负载测试非隔离电源时，难以通过电脑进行监控， 且难以组网，因为非隔离电源的泄露电流会经过电子负载和电脑的RS232接口 构成回路，严重时可损坏电子负载、电脑的RS232接口甚至电脑主板。因而由 传统的电子负载组成的老化车、老化房等老化测试系统，也只能应用于隔离电 源，对非隔离电源并不适用。

第三，无法使用单台电子负载同时测试多只非隔离电源。传统的电子负载 虽然有些具有多个通道，但通道与通道之间在硬件电路上并非电气隔离，而是 属于共地架构，若使用单台电子负载同时测试多只非隔离电源，将会造成被测 电源之间产生电压或电流相互干扰，这种干扰会导致被测电源本身的恒流电路 失常，使得测试结果不准确，甚至容易造成短路，损坏其中的元器件。这样就 造成系统运行的可靠性不高。

传统的电子负载的设计主要针对研发和品管等部门使用，其价格昂贵，设 备的投入成本较高，无法满足生产厂家动辄数百乃至数千只电源同时进行老化 测试对电子负载数量上的需求。传统电子负载只能在CC(恒流)模式下进行通 道并联使用以扩展负载功率，在其它模式下尤其是CV(恒压)模式下并联由于 无法均流导致负载因过流损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述测试非隔离电源存在 安全问题、系统运行的可靠性不高、成本较高的缺陷，提供一种提高了测试非 隔离电源的安全性、系统运行的可靠性较高、成本较低的多通道隔离型电子负 载和电源老化测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多通道隔离型电子 负载，包括主微处理器、串口和多个通道单元，所述主微处理器通过所述串口 与上位机通讯，所述主微处理器还与所述多个通道单元连接，所述通道单元包 括光电隔离通讯电路、从微处理器、高速DA转换器、带载模式切换电路、开 关驱动电路、开关管、电流检测电路、电压检测电路、高速AD转换器和检流 电阻，所述主微处理器通过所述光电隔离通讯电路向所述从微处理器发送参数 设置指令，所述从微处理器与所述高速DA转换器连接、用于根据所述参数设 置指令控制所述高速DA转换器设置带载的电流值或电压值，所述带载模式切 换电路的输入端与所述高速DA转换器的输出端连接，其输出端通过所述开关 驱动电路与所述开关管的一端连接，所述开关管的另一端分别与所述检流电阻 和电流检测电路连接，所述电流检测电路还与所述高速AD转换器连接、用于 将检测的被测电源的电流值发送到所述高速AD转换器，所述电压检测电路与 所述高速AD转换器连接、用于将检测的所述被测电源的输出电压值发送到所 述高速AD转换器，所述高速AD转换器对所述电流值和输出电压值进行模数转 换后发送到所述从微处理器。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，所述光电隔离通讯电路包括第 一光电耦合器、第二光电耦合器、第一限流电阻、第二上拉电阻、第三上拉电 阻和第四限流电阻，所述第一光电耦合器包括第一发光二极管和第一光敏三极 管，所述第二光电耦合器包括第二发光二极管和第二光敏三极管，所述主微处 理器包括串口发射端和串口接收端，所述从微处理器包括串口发射端和串口接 收端，所述主微处理器的串口发射端与所述第一发光二极管的阴极连接，所述 第一发光二极管的阳极与所述第一限流电阻连接，所述第一光敏三极管的集电 极与所述从微处理器的串口接收端连接，所述第一光敏三极管的集电极还通过 所述第三上拉电阻连接供电电源，所述第一光敏三极管的发射极接地，所述从 微处理器的串口发射端与所述第二发光二极管的阴极连接，所述第二发光二极 管的阳极通过所述第四限流电阻连接所述供电电源，所述第二光敏三极管的集 电极分别与所述主微处理器的串口接收端和第二上拉电阻连接，所述第二光敏 三极管的发射极接地。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，还包括通道隔离供电电路，所 述通道隔离供电电路包括PWM控制器、隔离变压器和供电单元，所述隔离电压 器包括输入绕组和多个输出绕组，所述输入绕组的一端与所述PWM控制器的一 端连接，其另一端与所述PWM控制器的另一端连接，所述供电单元包括多个供 电子单元，所述供电子单元包括二极管和电解电容，所述输出绕组的一端与所 述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极分别与所述电解电容的正极和供电电 源连接，所述输出绕组的另一端和所述电解电容的负极均接地。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，所述开关管为MOS管，所述 MOS管的栅极与所述开关驱动电路连接，所述MOS管的漏极与所述被测电源 的正极连接，所述MOS管的源极通过所述检流电阻与所述被测电源的负极连接。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，还包括与所述主微处理器连接、 用于输入操作指令的矩阵键盘，以及与所述主微处理器连接、用于显示所述电 流值和输出电压值的液晶显示屏。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，还包括与所述主微处理器连接、 用于设置通讯地址编码的通讯地址码设定开关。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，还包括散热风扇和控制电路， 所述散热风扇与所述主微处理器连接，所述控制电路与所述散热风扇连接、用 于控制所述散热风扇的开启或关闭。

在本发明所述的多通道隔离型电子负载中，还包括散热片温度检测电路， 所述散热片温度检测电路与所述主微处理器连接、用于检测散热片的温度。

本发明还涉及一种电源老化测试系统，包括上位机、接口转换器、通讯总 线、电源供应器、多个电子负载和多个被测电源，所述上位机与所述接口转换 器连接，所述接口转换器通过所述通讯总线与多个所述电子负载连接，所述电 源供应器分别与多个所述电子负载连接、用于进行供电，所述电子负载设有多 个通道，每个通道均连接一个所述被测电源，所述电子负载为上述任意多通道 隔离型电子负载中的任意一个。

在本发明所述的电源老化测试系统中，还包括开关冲击控制器和交流电源， 所述接口转换器还通过所述通讯总线与所述开关冲击控制器连接，所述开关冲 击控制器还与所有的所述被测电源连接。

实施本发明的多通道隔离型电子负载和电源老化测试系统，具有以下有益 效果：由于使用主微处理器、多个通道单元以及通道单元中的光电隔离通讯电 路和从微处理器，主微处理器通过光电隔离通讯电路向从微处理器发送参数设 置指令，这样就实现了电器隔离与绝缘，提高了测试非隔离电源时对测试人员 和设备的安全性，由于采用了通道隔离技术，杜绝了单台电子负载同时测试多 只非隔离电源时被测电源之间容易发生相互干扰或者短路的可能，提高了系统 运行的可靠性；同一台电子负载中，通道数量可以通过相同的通道单元进行任 意扩展，有效降低了设备投入成本；所以其提高了测试非隔离电源的安全性、 系统运行的可靠性较高、成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统非隔离LED驱动电源的电路原理图；

图2为传统电子负载的电路框图；

图3为本发明多通道隔离型电子负载和电源老化测试系统一个实施例中多 通道隔离型电子负载的结构示意图；

图4为所述实施例中光电隔离通讯电路的电路原理图；

图5为所述实施例中通道隔离供电电路的电路原理图；

图6为所述实施例中电源老化测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明多通道隔离型电子负载及电源老化测试系统实施例中，其多通道 隔离型电子负载的结构示意图如图3所示。图3中，该多通道隔离型电子负载 包括主微处理器1、串口2和多个通道单元3，图3中作为一个例子画出了四个 通道单元3，其实，该多通道隔离型电子负载所包括的通道单元3的个数可以根 据需要相应增加或减少通道单元3的个数，例如：通道单元3的个数可以是两 个、三个、五个、六个或更多，也就是说通道单元3的个数至少为两个。本实 施例中，串口2采用RS485通讯接口，当然，在本实施例的一些情况下，串口 2也可以选用其他类型，例如选用RS232通讯接口。

本实施例中，主微处理器1通过串口2与上位机(图中未示出)通讯，接 收上位机发来的控制指令或者将数据回传至上位机。主微处理器还与多个通道 单元3连接，通道单元3包括光电隔离通讯电路31、从微处理器32、高速DA 转换器33、带载模式切换电路34、开关驱动电路35、开关管Q、电流检测电路 36、电压检测电路37、高速AD转换器38和检流电阻R，主微处理器1通过光 电隔离通讯电路31向从微处理器32发送参数设置指令，从微处理器32与高速 DA转换器33连接、用于根据参数设置指令控制高速DA转换器33设置带载的 电流值或电压值，执行各种拉载模式动作，并配合高速AD转换器38进行AD 转换，带载模式切换电路34的输入端与高速DA转换器33的输出端连接，其 输出端通过开关驱动电路35与开关管Q的一端连接，开关管Q的另一端与检 流电阻R连接，开关管Q的另一端分别与检测电阻R和电流检测电路36连接， 电流检测电路36还与高速AD转换器38连接、用于将检测的被测电源的电流 值发送到高速AD转换器38，电压检测电路37与高速AD转换器38连接、用 于将检测的被测电源的输出电压值发送到高速AD转换器38，高速AD转换器 38对电流值和输出电压值进行模数转换后发送到从微处理器32。也就是电流检 测电路36和电压检测电路37分别实时测量被测电源的电流值和输出电压值， 并将测量的电流值和输出电压值最终回传给主微处理器1，然后由主微处理器1 通过串口2发送到上位机进行显示。

本实施例中，开关管Q为MOS管，MOS管的栅极与开关驱动电路35连接， MOS管的漏极与被测电源的正极(具体是被测电源输入接口的正极)连接，MOS 管的源极通过检流电阻R与被测电源的负极(具体是被测电源输入接口的负极) 连接。

值得一提的是，本实施例中，该多通道隔离型电子负载还包括矩阵键盘4 和液晶显示屏5，矩阵键盘4和液晶显示屏5均与主微处理器1连接，其中，矩 阵键盘4用于输入操作指令，上述测量的电流值和输出电压值由主微处理器1 发送到液晶显示屏5进行显示。当应用于电源老化系统或测试系统时，可不需 要矩阵键盘4和液晶显示屏5，直接与上位机通讯。

本实施例通过在传统电子负载电路的基础上加入光电隔离通讯电路31，增 加一个微处理器作为主机(即主微处理器1)，原来的微处理器充当从机(即从 微处理器32)，克服了传统电子负载在面对品种繁多的电源产品时兼容性不高的 问题，如应用于非隔离电源时的诸多不足、用于多种功率规格时负载灵活性与 利用率不高等问题，其成本较低，有多个通道，且通道之间彼此独立，完全没 有电气回路，主微处理器1与从微处理器32之间通过光电隔离通讯电路31进 行通讯，在任意模式下支持任意通道并联，该多通道隔离型电子负载不但可以 应用于非隔离电源，对隔离型电源同样适用，当应用于小功率电源时，每个通 道单独使用，当被测电源的输出功率大于单个通道的输入功率时，可根据实际 情况选择多个通道并联使用以提高设备利用率。所以其提高了测试非隔离电源 的安全性、系统运行的可靠性较高、成本较低。

图4为本实施例中光电隔离通讯电路的结构示意图，图4中，该光电隔离 通讯电路包括第一光电耦合器U1、第二光电耦合器U2、第一限流电阻R1、第 二上拉电阻R2、第三上拉电阻R3和第四限流电阻R4，第一光电耦合器U1包 括第一发光二极管和第一光敏三极管，第二光电耦合器U2包括第二发光二极管 和第二光敏三极管，主微处理器1包括串口发射端UART_TX和串口接收端 UART_RX，从微处理器32包括串口发射端UART_TX和串口接收端UART_RX， 主微处理器1的串口发射端UART_TX与第一发光二极管的阴极连接，第一发 光二极管的阳极与第一限流电阻R1连接，第一光敏三极管的集电极与从微处理 器32的串口接收端UART_RX连接，第一光敏三极管的集电极还通过第三上拉 电阻R3连接供电电源VCC，第一光敏三极管的发射极接地，从微处理器32的 串口发射端UART_TX与第二发光二极管的阴极连接，第二发光二极管的阳极 通过第四限流电阻R4连接供电电源VCC，第二光敏三极管的集电极分别与主 微处理器1的串口接收端UART_RX和第二上拉电阻R2连接，第二光敏三极管 的发射极接地。该光电隔离通讯电路31利用了光电耦合器的本身特性，既实现 了主微处理器1与从微处理器32之间的数据传输，又达到了电气隔离与绝缘的 目的。

本实施例中，该多通道隔离型电子负载还包括通道隔离供电电路，其电路 原理图如图5所示。图5中，该通道隔离供电电路包括PWM控制器、隔离变压 器T和供电单元，隔离电压器包括输入绕组和多个输出绕组，图5中画出了四 个输出绕组，输入绕组的一端与PWM控制器的一端连接，输入绕组的另一端与 PWM控制器的另一端连接，供电单元包括多个供电子单元，本实施例中，供电 子单元的数量与通道单元的数量相同，也就是供电子单元的数量为四个。供电 子单元包括二极管和电解电容，每个输出绕组的一端与二极管的阳极连接，二 极管的阴极分别与电解电容的正极和电源连接，每个输出绕组的另一端和电解 电容的负极均接地。图5中画出了四个供电子单元，第一个供电子单元包括第 一二极管D1和第一电解电容C1，第二个供电子单元包括第二二极管D2和第二 电解电容C2，第三个供电子单元包括第三二极管D3和第三电解电容C3，第四 个供电子单元包括第四二极管D4和第四电解电容C4；其中，第一个输出绕组 的一端与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D2的阴极分别与第一电解电 容C1的正极和第一供电电源Vcc1连接，第一个输出绕组的另一端和第一电解 电容C1的负极均接地GND1；第二个输出绕组的一端与第二二极管D2的阳极 连接，第二二极管D2的阴极分别与第二电解电容C2的正极和第二供电电源 Vcc2连接，第二个输出绕组的另一端和第二电解电容C2的负极均接地GND2； 第三个输出绕组的一端与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极分 别与第三电解电容C3的正极和第三供电电源Vcc3连接，第三个输出绕组的另 一端和第三电解电容C3的负极均接地GND3；第四个输出绕组的一端与第四二 极管D4的阳极连接，第四二极管D4的阴极分别与第四电解电容C4的正极和 第四供电电源Vcc4连接，第四个输出绕组的另一端和第四电解电容C4的负极 均接地GND4。本实施例中，每个通道的工作电源由辅助隔离变压器T的不同 绕组供电，每个绕组之间的电气是完全隔离和绝缘的。

本实施例中，该多通道隔离型电子负载还包括通讯地址码设定开关6，该通 讯地址码设定开关6与主微处理器1连接、用于设置通讯地址编码。该多通道 隔离型电子负载还包括散热风扇7和控制电路8，散热风扇8与主微处理器1连 接，控制电路8与散热风扇7连接、用于控制散热风扇7的开启或关闭。该多 通道隔离型电子负载还包括散热片温度检测电路9，散热片温度检测电路9与主 微处理器1连接、用于检测散热片的温度。

本实施例还涉及一种电源老化测试系统，其结构示意图如图6所示。图6 中，该电源老化测试系统包括上位机、接口转换器、通讯总线、电源供应器、 多个电子负载和多个被测电源，上位机与接口转换器连接，接口转换器通过通 讯总线与多个电子负载连接，电源供应器分别与多个电子负载连接、用于进行 供电，本实施例中，电子负载的个数为四个，被测电源的个数为十六个，电子 负载设有四个通道(CH1、CH2、CH3、CH4)，每个通道均连接一个被测电源， 也就是每个电子负载均连接四个被测电源，电子负载为本实施例中的上述多通 道隔离型电子负载。本实施例中，接口转换器用于RS485通讯接口与RS232通 讯接口之间的转换，通讯总线为RS485通讯总线，电源供应器供应的是直流12D 电压。该电源老化测试系统还包括开关冲击控制器和交流电源，该交流电源为 85Vac-265Vac。接口转换器还通过通讯总线与开关冲击控制器连接，开关冲击 控制器还与所有的被测电源连接。上位机对通讯总线上的所有电子负载统一进 行参数设置，同时对每个电子负载上传的被测电源的状态信息和指标信息进行 分析、存储和显示，并由上位机生成测试数据报表和数据曲线图等。该电源老 化测试系统为电源制造厂家实现了大批量的电源同时进行老化测试，有效提高 了生产效率。该电源老化测试系统不但适用于隔离电源，同样适用于非隔离电 源。

总之，在本实施例中，该发明具有CC(恒流)/CV(恒压)/CR(恒电阻) /CP(恒功率)/LED五种独立模式及其相互组合的混合模式。在任意模式下， 支持通道间的任意并联，以满足不同功率段的电源测试需求，提高了设备的利 用率与性价比。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。