CN103852733A - 一种led电源性能分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED电源性能分析装置，包括无线模块、串口模块、MCU模块、继电器驱动模块、继电器模块阵列、SPI隔离模块、电能计量模块阵列、电能计量模块、测试电源插座、电源模块、电源插座和插座阵列；本LED电源性能分析装置可根据上位机的测试项目要求，自动设置待测电源的输入电压，温箱温度，湿度，以及做通断电实验，在线纪录各项输入参数包括功率，电压，电流，谐波，功率因数；可选项，还可在待测电源组，负载之间插入本LED电源性能分析装置，则可同时测电源输出电压，电流，纹波，峰值等。每一台该装置可同时并行测多个LED电源，互相隔离，互不干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED电源性能分析装置及方法，属于LED照明领域。
背景技术
LED具有发光效率高、使用寿命长、稳定性好等优点，被广泛应用于照明领域。然而，LED驱动电路在可靠性及稳定性等方面的不足一直阻碍着LED照明系统成本的降低，并制约着LED照明系统的使用寿命及普及范围。
目前从大量失效LED灯具的失效因素分析得知，一半以上是由于电源失效而导致的。如何在设计阶段就能分析出该电源的性能，是大家普遍关心的问题。
通常电源被设计出来后，要做大量的性能测试 ，如高低温实验，高温高湿实验，开关次数实验，以及长时间高温老化实验等，还需验证工作范围，如输入工作电压，工作温度 ，湿度。要做这些测试，需要投入大量的人力，物力，以及时间。
典型的电参数测试方法如图1所示。该方法利用功率分析仪测试输入参数，用电子负载测试输出参数。由于功率分析仪只能计量一个电源，所以要多个电源同时测试，需多台功率分析仪。而典型的功率分析仪日本横河wt3000功率分析仪
售价在29万RMB左右，Chroma电子负载一个通道也要5000RMB左右。整个成本比较高。
最重要的是，各种电压，温度，湿度的设定需要人工去设，人工纪录。还有测试纪录往往是需要在某个时间节点去采集的，人工的不确定性（过早采集货过晚采集），可能造成数据的失实。
另外传统的测试多是基于国标或沿用其他电源产品测试方法。LED电源作为一个新鲜事物，它的裕度研究刚起步。如何使用廉价的材料设计产品，又能刚达到相关标准，是众多老板们追求的目标，也是企业的核心竞争力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有电参数测试方法成本高，投入人力多，耗时长，数据失实的问题，提供一种全新的LED性能分析装置及方法。该装置的测试系统可在线检测所有电参数，及全自动实施多种可靠性试验，特别是一台装置同时并行检测10个待测电源，多个装置可叠加使用，上位机系统可同时管理数百台该装置。从而实现大量待测电源，同时测试，互相隔离，互不干扰。该装置除可测试传统项目外，还可进行LED电源裕度测试。
为达到上述目的，本发明的构思是：
现有测试方法存在如下几个问题：
1.自动化程度低。需人工设置参数，纪录参数。依据测试计划表来逐项测试，项目繁多。
2.成本高。功率分析仪和电子负载价格不菲。
3.耗时长。目前测试方法，很难实现大量，各种规格LED电源同时测试。
寻求一种全自动测试系统，能测得多，时间快，精度好，价格省，是等待解决的问题。
本发明的构思是：
设计一种全新的LED电源性能分析装置及方法。
1. 该装置可与上位机无线互联，在线测试 ，纪录参数。
2. 该装置可与需要的设备通讯，控制它们。
3. 该装置全隔离设计，可同时测试多个目标。
4. 该装置完善的保护机制，被测LED电源过压，过流，该通道自动断电。
5. 该装置还能进行裕度分析。提高产品性价比。
为实现上述构思，本发明采用的技术方案是：
一种LED电源性能分析装置，装置包括无线模块，串口模块，MCU模块，继电器驱动模块，继电器模块阵列，SPI隔离模块，电能计量模块阵列，电能计量模块，测试电源插座，电源模块，电源插座，插座阵列。性能分析方法中还需用到数字可控电源，数字可控温箱，待测电源组，负载和上位机系统。其特征在于：
无线模块、串口模块、继电器驱动模块、继电器模块阵列、SPI隔离模块都和MCU模块连接。串口模块和一个数字可控电源及一个数字可控温箱连接。继电器驱动模块和继电器模块阵列连接。
数字可控电源和测试电源插座连接；测试电源插座和继电器模块阵列连接；SPI隔离模块和电能计量模块阵列及电能计量模块连接；电能计量模块阵列及电能计量模块和电源插座连接；电能计量模块阵列和插座阵列连接；插座阵列和待测电源组连接；待测电源组和负载连接；电能计量模块和测试电源插座连接；待测电源组置于数字可控温箱中。
电源模块给无线模块、串口模块、MCU模块、继电器驱动模块、继电器模块阵列和SPI隔离模块供电。
无线模块用于和上位机双向通讯。相对应地，上位机系统中也包含RS232转无线模块与之配对通讯。
串口模块用于控制数字可控电源，数字可控温箱等其他外部设备，拥有多种接口。
MCU模块是该装置的控制MCU，控制所有外设和采集，处理数据。
继电器驱动模块驱动继电器模块阵列，驱动继电器模块阵列向待测电源组提供输入测试电压。
电能计量模块阵列用于测量待测电源的电参数，该模块采用隔离通讯，隔离供电，无MCU。各电能计量模块之间完全隔离。电能计量模块用于测量数字可控电源输出的电压参数，监测输出是否达到需要的目标值。
负载就是通常的LED或大功率电阻。无需电子负载。
这样该装置能根据上位机要求全自动控制外部设备，完成相应测试项目并实时将数据传回上位机。大大减轻操作人员工作负担。
同时因可以多台装置同时工作，故可同时测试大量不同规格样品，大大缩短测试时间。
该装置采用高精度电能计量芯片，模数转换高达22位,即0.8uV的分辨率，
省掉昂贵的功率分析仪。负载只需是LED或大功率电阻即可，省掉昂贵电子负载。该装置为用户节省大量经费。
一种LED电源性能分析方法，采用上述装置进行测试分析，其特征在于：设输入电压变量范围V0-Vn，温度变量范围T0-Tn，湿度变量范围H0-Hn。设定电压步伐Vs，温度步伐Ts，湿度步伐Hs。具体测试分析步骤如下：
步骤1：固定二个变量，变化一个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量。从而了解单一变量的极限工作范围。
步骤2：固定一个变量，变化二个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量。从而了解两个变量的极限工作范围。
步骤3：变化三个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量。从而了解三个变量的极限工作范围。
电源异常包含电参数偏离设计值达到一定程度，以及短路，过温保护。
从而了解在不同应力作用下的表现，了解产品的裕度。如在满足国家标准条件下，裕度较大，可以更换差一些差的器件，再次实验，使得裕度适中。从而使产品成本得到降低，提高竞争力。像照明行业对成本非常敏感，因为基数大，每省1分钱，可能给企业带来数千万元的效益。
本发明与现有电参数测量方法相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1、本发明采用全自动测试方法，极少的人参与。同时是实时在线监测，数据真实性高。
2、本发明装置可多台同时使用。可同时测试大量不同规格的待测电源，效率高，节省时间。
3、本发明装置集成度高，成本低。省掉其他昂贵的设备。
4、本发明装置具备裕度测试能力。
与其他类似发明的比较：
1． CN200910305077 一种通用电源老化系统
① 结构不同。该发明的供电电源直接供电给被测电源。而本发明是数字可控电源（14）要先经过继电器，再给被测电源，可做模拟开关实验和过压，过流时断电保护。本发明无电子负载。
② 适用对象不同。该发明适用恒压电源，无法适用恒流源电源。恒压电源可以共地并联测试输出电压，测量子模块不需要隔离。而恒流源（隔离型）不可以共地并联测试输出电压，如果共地会造成恒流源工作异常。本发明电能计量模块阵列（8）全隔离设计，可以测量恒流源输出特性。
③ 参数种类差异。该发明的只能测输出特性。本发明可测输入和输出特性。
④ 测量模块结构及通讯方式不同。该发明的用的是UART和测量模块通讯，测试手段是单片机的模数转换引脚，精度有限。而本发明用的是高速SPI通讯，速度超过UART，用的是专用高精度电能计量芯片，且电能计量模块无单片机。
2． CN201210428801 LED测试系统及测试方法
① 适用对象不同。该发明用来测试LED，本发明用来测试LED电源。
② 结构不同。系统框图不同。
3． CN201010187295 老化测试系统
① 适用对象不同。该发明用来测试半导体器件，只测输入。本发明用来测试LED电源，测输入输出。衡量指标也不同。
② 结构不同。系统框图不同。该发明需要大量的程控电源，测量信号是各种数字信号或低电压，需要适配板，计量也依赖程控电源。基于本发明装置的系统，无需适配板，测试市电高电压，测试目标基本为模拟量，有专门的电能计量模块。
综上所述，本发明装置显著区别于现有系统，有着高集成度，全自动化特点。
附图说明
图1是现有的电参数测试方法框图
图2是本发明的装置框图
图3是本发明电能计量模块框图
图4是本发明电能计量模块电路图
图5是本发明的装置案例实施图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例做详细说明：
实施例一：
参照图2和图5，本LED电源性能分析装置包括无线模块（2）、串口模块（3）、MCU模块（4）、继电器驱动模块（5）、继电器模块阵列（6）、SPI隔离模块（7）、电能计量模块阵列 （8）、电能计量模块 （9）、测试电源插座 （10）、电源模块（11）、电源插座 （12）和插座阵列 （13）。其特征在于：
所述无线模块（2）、串口模块（3）、继电器驱动模块（5）、继电器模块阵列（6）、SPI隔离模块（7）都和MCU模块（4）连接；所述串口模块（3）和数字可控电源（14）、数字可控温箱（15）连接；所述继电器驱动模块（5）和继电器模块阵列（6）连接；所述数字可控电源（14）和测试电源插座（10）连接；所述测试电源插座（10）和继电器模块阵列（6）连接；所述SPI隔离模块（7）和电能计量模块阵列（8）及电能计量模块 （9）连接；所述电能计量模块阵列（8）及电能计量模块（9）和电源插座（12）连接；所述电能计量模块阵列（8）和插座阵列（13）连接；所述电源模块（11）给无线模块（2）、串口模块（3）、MCU模块（4）、继电器驱动模块（5）、继电器模块阵列（6）和SPI隔离模块（7）供电。图5包含具体型号参数。
如附图3所示，电能计量模块内部框图包括：隔离电源模块（210），SPI隔离通讯模块（220），电能计量芯片（230）。具体电路如图4所示。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述串口模块（3）至少包含一RS232串口（31）和一RS485串口（32）；所述RS232串口（31）连接数字可控电源（14），RS485串口（32）连接数字可控温箱（15），数字可控温箱（15）内安置待测电源组（16）。所述SPI隔离模块（7）是光耦隔离或磁隔离芯片。所述电能计量模块（9）包含隔离电源模块（210），电能计量芯片（230）和SPI隔离模块（220），所述隔离电源模块（210）给电能计量芯片（230）和SPI隔离模块（220）供电；所述SPI隔离模块（220）连接电能计量芯片（230），同时SPI隔离模块（220）也和SPI隔离模块（7）连接。还包含有待测电源组（16）、负载（17）和上位机系统（1）。
实施例三：
本LED电源性能分析方法，采用上述装置进行测试分析，其特征在于：
设输入电压变量范围V0-Vn，温度变量范围T0-Tn，湿度变量范围H0-Hn。设定电压步伐Vs，温度步伐Ts，湿度步伐Hs，稳定时间Time，具体分析步骤如下：
步骤1：固定二个变量，变化一个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量，从而了解单一变量的极限工作范围；
步骤2：固定一个变量，变化二个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量，从而了解两个变量的极限工作范围；
步骤3：变化三个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量，从而了解三个变量的极限工作范围。
本实施例的具体工作过程：
如图2和图5所示， 无线模块（2）用于和上位机双向通讯。相对应地，上位机系统（1）中也包含RS232转无线模块（120）与之配对通讯。
串口模块（3）用于控制数字可控电源（14），数字可控温箱（15）等其他外部设备，拥有多种接口。
MCU模块（4）是该装置的控制MCU，控制所有外设和采集，处理数据。
继电器驱动模块（5）驱动继电器模块阵列（6），驱动继电器模块阵列（6）向待测电源组提供输入测试电压。
电能计量模块阵列 （8）用于测量待测电源的电参数，该模块采用隔离通讯，隔离供电，无MCU。各电能计量模块之间完全隔离。电能计量模块 （9）用于测量数字可控电源（14）输出的电压参数，监测输出是否达到需要的目标值。
电能计量模块的内部框图如图3所示。隔离电源模块（210）用于给该模块供电。SPI隔离通讯模块（220）用于电能计量芯片（230）和图2的MCU模块（4）通讯。电能计量芯片（230）采集处理电参数。
负载（17）就是通常的LED或大功率电阻。无需电子负载。
首先将待测电源接上LED负载，再将电源置于控制数字可控温箱（15）中。
MCU模块（4）通过无线模块（2）收到上位机系统（1）发出的指令，然后根据指令控制数字可控电源（14）输出电压，控制数字可控温箱（15）调节温度。 打开对应通道的继电器，该通道的电能计量模块开始测试电参数，若无电流则断开继电器。上位机会显示该通道数据为0xff ，提示没接好线。若正常则继续工作，返回正确的值。若电参数超过预先设定的门限，断开继电器，保护待测电源。
上位机设定好电压，温度等参数的起始值，步伐，最大值，持续时间，下位机执行指令，完成测试项目后自动停止。
还可上位机设定好开关次数，开关频率，开的百分比，进行开关测试。
以上对本发明所述具体实施例详细描述，本领域的普通技术人员据此可以实现相应的LED电源性能分析装置及进行LED性能分析。本发明所述的LED电源性能分析装置，高集成度，全自动化，相对于传统的电参数测量分析方法，能测得多，时间快，精度好，价格省，等方面效果明显。
对本发明的实施例如上所述，该实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的实施例。根据如上所述，可以进行不少修改和变化。本发明所选的实施例，是为了本领域普通技术人员能够很好地利用本发明以及在本发明基础上进行改进。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种LED电源性能分析装置，包括无线模块（2）、串口模块（3）、MCU模块（4）、继电器驱动模块（5）、继电器模块阵列（6）、SPI隔离模块（7）、电能计量模块阵列 （8）、电能计量模块 （9）、测试电源插座 （10）、电源模块（11）、电源插座 （12）和插座阵列 （13），其特征在于：
所述无线模块（2）、串口模块（3）、继电器驱动模块（5）、继电器模块阵列（6）、SPI隔离模块（7）都和MCU模块（4）连接；所述串口模块（3）和数字可控电源（14）、数字可控温箱（15）连接；所述继电器驱动模块（5）和继电器模块阵列（6）连接；所述数字可控电源（14）和测试电源插座（10）连接；所述测试电源插座（10）和继电器模块阵列（6）连接；所述SPI隔离模块（7）和电能计量模块阵列（8）及电能计量模块 （9）连接；所述电能计量模块阵列（8）及电能计量模块（9）和电源插座（12）连接；所述电能计量模块阵列（8）和插座阵列（13）连接；所述电源模块（11）给无线模块（2）、串口模块（3）、MCU模块（4）、继电器驱动模块（5）、继电器模块阵列（6）和SPI隔离模块（7）供电。
2.根据权利要求1所述的LED电源性能分析装置，其特征在于：所述串口模块（3）至少包含一RS232串口（31）和一RS485串口（32）；所述RS232串口（31）连接数字可控电源（14），RS485串口（32）连接数字可控温箱（15），数字可控温箱（15）内安置待测电源组（16）。
3.根据权利要求1所述的LED电源性能分析装置，其特征在于：所述SPI隔离模块（7）是光耦隔离或磁隔离芯片。
4.根据权利要求1所述的LED电源性能分析装置，其特征在于：所述电能计量模块（9）包含隔离电源模块（210），电能计量芯片（230）和SPI隔离模块（220），所述隔离电源模块（210）给电能计量芯片（230）和SPI隔离模块（220）供电；所述SPI隔离模块（220）连接电能计量芯片（230），同时SPI隔离模块（220）也和SPI隔离模块（7）连接。
5.根据权利要求1所述的LED电源性能分析装置，其特征在于：所述继电器模块阵列（6）和电能计量模块阵列（9）以及插座阵列（13）各包含的模块数量在2-256个之间。
6.根据权利要求1所述的LED电源性能分析装置，其特征在于：还包含有待测电源组（16）、负载（17）和上位机系统（1）。
7.一种LED电源性能分析方法，采用根据权利要求1所述的LED电源性能分析装置 进行测试分析，其特征在于：设输入电压变量范围V0-Vn，温度变量范围T0-Tn，湿度变量范围H0-Hn。设定电压步伐Vs，温度步伐Ts，湿度步伐Hs，稳定时间Time，具体分析步骤如下：
步骤1：固定二个变量，变化一个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量，从而了解单一变量的极限工作范围；
步骤2：固定一个变量，变化二个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量，从而了解两个变量的极限工作范围；
步骤3：变化三个变量，变化幅度为步伐值，稳定设定的一段时间Time，然后计量，直到电源异常，继电器保护，才停止变化变量，从而了解三个变量的极限工作范围。
8.根据权利要求7所述的LED电源性能分析方法，其特征在于：电源异常包含电参数偏离设计值达到设定程度，以及短路，过温保护。
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