引言

電子節能燈是走進千家萬戶的產品，提高它的品質對于提倡節能的現代化建設有重要意義，對于生產企業則是增強產品競爭力的必由途徑，電子節能燈實現節能的主要原理是以電子鎮流器代替傳播電感鎮流器，提高電子節能燈品質最重要的是要保證電子鎮流器的品質，我校受企業的委托研制了本綜合測試儀，用于生產過程中的分析，測試電子鎮流器的性能。

1 、電子鎮流器主要測試項目

電子鎮流器原理可以簡化為圖1所示的電路，影響電子鎮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據，然后分析、計算采集的數據得到電子鎮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據，然后經RS232串口上傳到計算機，在計算機上顯示并保存測試結果。

嵌入式測試儀以MSP430F133為核心，MSP430F133是TI公司生產的低功耗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RAM，2個16位計數器和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，發現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。

電子鎮流器輸出燈管電壓信號的頻率和幅度都極不穩定，隨著燈管和器件發熱會發生顯著變化，通常頻率和電壓信號包絡被電網的工頻信號調制，采用常規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換為對應的有效值直流電壓，然后送MSP430F133內部的ADC轉換器。

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的計數器輸入腳，由MSP430F133內部計數器實現頻率測量，具體實現電路如圖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工頻信號的調制，因此，電流采樣電路使用常規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，影響電子鎮流器的工作狀態等問題，都不能滿足測試儀的要求。

為此，選擇閉環式霍爾電流傳感器作為測試儀的電流傳感器，閉環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，該電壓放大并轉換為電流輸出給補償線圈，由補償線圈產生與被測電流方向相反的磁場，經動態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；I2為補償線圈中的電流，N2是補償線圈中的匝數；Uo是I2流經取樣電阻Rs產生的壓降，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。

經測試，閉環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據。

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，需要根據電子鎮流器的工作時序，依序采集對應的電壓、電流和頻率等數據，并對采集到的數據進行分析、處理，得到各項測試結果，最后將測試結果上傳到計算機。 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起，以避免串口沖突。

在燈管點亮前，燈管電壓不斷提高，在點亮后，燈管電壓則快速下降，根據這一特性，程序中連續檢測燈管電壓，當出現拐點并下降到最大電壓的20%（可設）時，判定預熱結束燈管已經點亮。

預熱燈管電壓：鎮流器加電后，一直檢測燈管電壓并記錄最大值，直到預熱階段結束，該最大值就是預熱燈管電壓。

預熱燈絲電流：鎮流器加電后，一直檢測燈絲電流并記錄最大值，直到預熱階段結束，該最大值就是預熱燈絲電流。

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

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

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、參數設置、測試數據顯示和保存。

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

5、 小結

本測試儀巧妙地利用了玻璃釉電位器構成分壓取樣電路；使用新型閉環霍爾電流傳感器采樣電路，以及AD637高性能真有效值轉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品看，具有精度高、成本低、簡單易用的特點，完全滿足生產過程中電子鎮流器性能分析監控的要求，如果在軟件中引入校準、補償等處理，該測試儀還可以用于電子鎮流器研發等場合的分析測試。

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