照明产品自动老化台设计汇总.docx

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照明产品自动老化台设计汇总

摘要

随着社会科技水平的不断发展，照明产品成为了人们不可缺少的物质基础，并且在人们生活中有着不可替代的作用。

照明产品质量检测技术中的老化测试在照明产业中显得至关重要。

老化测试的目的在于预测产品的使用寿命。

老化测试在多方面有着重要的意义，比如首先它可以给生产商测量评估产品耐用性的好坏并且为生产商预测最佳的生产产量从而生产商可以对产品进行进一步系统优化分析；其次，它提高了用户使用的安全性、可靠性而且也合理的利用资源和节约能源；最后老化测试可以更好地解决人民生活中的照明问题等等。

本文介绍了交流稳压电源设计方案；老化实验控制设计方案；老化实验台结构设计方案；完成了220V单相交流稳压电源的设计。

目前照明产品质量检测设备交流稳压多通过调压方式实现，需要人工手动调节，同时照明产品在测试过程中自动化水平低。

本文的老化检测设备实现了稳压方式自动化调节，定时切断功能，自动记录产品数据信息，使检测效率大大提高。

关键字：

照明产品质量检测老化测试交流电源

ABSTRACT

Withthedevelopmentofsocialscienceandtechnology,lightingproductshasbecomeanindispensablematerialbasisandithasplayedanirreplaceableactindailylife.Theagingtestinthedetectiontechnologyoflightingproductsqualityisveryimportantinthelightingindustry.Thepurposeofagingtestingistopredicttheservicelifeoftheproducts.Agingtesthasagreatsignificanceinmanyaspects,firstly,forproducerstoevaluatethedurabilityofaproductwhetherisgoodorbadandpredictoptimalproductionsothattheymakeasystemanalysis.Secondly,itcanalsoimprovethesafetyandreliabilityoftheusers,what’smore,itcansaveresourcesandenergy,atlasttheagingtestcanoptimizetheilluminationproblemsinpeople'slife,etc.Thispapermainlyintroducessomesolutions,includingthewayofdesigningACregulatedpowersupplyandthecontrolof

agingexperimental,thestructuredesignofagingtestbenchandthedesignof220VsinglephaseACregulatedpowersupply.Asweallknow,thequalityinspectionequipmentoflightingproductsisregulatedbyvoltageregulationmode,meanwhilethemanualadjustmentwasneeded.However,thedegreeofautomationislowduringthetestingprocess.Theagingdetectiondeviceinthispaperrealizestheautomaticregulationofthevoltageregulationmode,thefunctionoftimingcut-off,theautomaticrecordingoftheproducts’datainformation,andthedetectionefficiencyisgreatlyimproved.

KeyWords:

lightingproductsqualityinspectionagingtestACpowersupply

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

1.1研究的目的和意义1

1.2国内外研究现状1

1.2.1照明产品检测技术综述1

1.2.2交流稳压电源技术综述2

1.3本论文的主要内容3

2交流稳压电源设计方案4

2.1单相交流稳压电源系统的基本原理4

2.2整流电路的工作原理4

2.3buck降压电路的工作原理5

2.4逆变电路工作原理6

2.5LC滤波电路工作原理8

2.6PWM控制原理8

3老化实验台控制设计方案10

3.1老化实验台设计目标10

3.2老化台定时控制方案10

3.3老化台结构设计原理11

4老化实验台测试方案13

4.1基本性能参数测试13

4.2长期老化测试方案13

4.3老化台性能测试14

4.3.1测试方法14

4.3.2测试结果15

5结论16

5.1结论与分析16

5.2下一步工作方案16

参考文献17

致谢18

1绪论

1.1研究的目的和意义

随着社会科技水平的不断发展，各种照明产品成为了人们不可缺少的物质基础，在人们生活中有着不可替代的作用。

从人类懂得用火照明，发展到现在不同种类，不同用途的照明产品满足人们对光的基本需求。

尤其是近现代科学技术的发展，照明产品也有了非常大的改变，从之前人们经常使用的那种结构相对比较简单的白炽灯和荧光灯逐渐的发展到了现在更加常用的一些具有高强度特征的气体放电灯、LED等，而且照明灯的种类也更加繁多，能够实现的功能也各异。

随着现代人们对于自己生活质量的要求越来越高，也进一步的推动了照明电器行业的蓬勃发展，目前已经朝着更加节能和环保的方向发展，此时，照明产品质量的检测技术水平便成为了衡量照明产业发展水平的至关重要的因素。

目前照明产品质量检测设备交流稳压多通过调压方式实现，需要人工手动调节，同时照明产品在测试过程中自动化水平低。

例如，老化时间到后还需要手动切断电源，更无从谈及对测试产品的信息记录。

因此需要提高照明产品技术的自动化水平和检测效率，更近一步可通过大量数据记录为产品质量分析提供数据基础。

1.2国内外研究现状

近年来，在西方的一些发达国家当中，比如说美国、英国、法国、德国、日本等发达国家及政府组织在照明自动检测技术方面投入大量的人力、物力组织开发和研究，使照明产品自动检测技术水平有了突飞猛进的提高[1]。

对于照明自动检测技术装备而言，我国在自主研发技术和高附加值检测装备的研究应用还很薄弱，与国际水平相差很大，特别是在应用基础研究、集成创新开发上，还不完全能满足我国各个产业发展的深层次需求。

1.2.1照明产品检测技术综述

照明行业要在未来更加良性的健康发展必须要建立在照明检测技术的不断更新换代的基础上，从相反的角度来考虑的话，照明检测技术是未来照明行业不断朝着更加现代的方向发展的一个非常有效的支撑技术。

一般情况下，在对各种照明产品进行检测的过程当中，包括两种不同的类型，第一种是工程产品检测；第二种是现场工程检测。

队友工程产品的检测来说，基本上是依靠在生产制造的过程当中去进行相应的抽样检查，对灯具、产品质量光源的光学性能检测，以及用户使用过程中的电气安全性能检测。

而对于现场工程的检测来说，主要的方法就是在进行实际使用的过程当中，在不同的环境之下对各种照明产品进行检测，也有几种不同的方法，比如说室内和室外照明检测等。

对所有行业而言，检测技术都是科技研发应用领域的重要组成部分，可以说，每一项科技的发展都有检测技术的支持，每一步技术的进步都离不开检测技术的推动，尤其是极端恶劣艰苦条件下的检测手段和技术，已成为深化客观认识、并进一步的推动整个科技进步的一个非常重要的手段。

同样的，对于当前的照明产品检测当中使用的相关技术来说也不例外，当前照明行业的发展是要建立在各种比较先进的照明检测技术基础上的，而对于检测技术来说，是现代照明产业能够继续可持续发展的一个有力的保障。

发展到现在，已经成功的从过去的那种燃料光源，发展到了近现代照明产品的检测技术，从刚开始那种比较普通的白炽灯，逐渐发展到后来的荧光灯，现在又广泛的使用了具有高强度的气体放电灯和LED等，这些不同的照明灯具有非常不同的特性，而这些不同的特性也能够满足人们对于生活的不同需求，相应的需要对现代光源的光学参数、电学参数以及热学参数等进行更加详细的测试和分析，并以此来表征，这便涉及检测技术的规范及操作。

不同产品对应不同的检测技术和指标，其中产品寿命的检测是最直观的指标，对于照明产品的寿命预测方法，世界各国均已给出了相应标准，标准中规定了测试环境、样品选择的标准以及相应的测试方法。

对于普通照明灯的质量反映在如下指标：

标志、尺寸、初始光电参数、流明维持率、灯泡寿命等指标，通常通过扭力矩试验、绝缘电阻、潮热试验、灯头温升等方式来检测。

以紧凑型荧光灯为例，规定了样品须在室温25摄氏度的环境中进行测试。

一个实验周期为持续通电时间为3小时，再对电源进行断开，时间需要在20分钟左右。

如果所有的测试样品当中有超过一半的光源都已经失效，这个时间也就可以定义为整个光源所具有的额定平均寿命。

一般来说，对于常见的普通照明光源并不是使用光通维持率来作为评判产品寿命的参数，原因在于普通照明产品，如白炽灯的寿命失效即是灯丝耗损，而荧光灯的光通维持率在额定寿命内损失率不大。

从历史的发展规律来看，不同国家和地区，在不同行业的规范和测试体系差别加大。

也只有这样才能真正提高我国自动化检测技术的技术水平，可以更好的促进整个照明行业未来的可持续发展，而且也能够进一步的缩小我国与国际上一些发达国家的水平差距。

在当今经济全球化高速发展的时代，随着自动化技术的迅猛发展，不同光源已经涉及到了我们生产和生活的很多方面，在这样的一个过程当中，自动化检测照明产品的使用情况显得尤为重要。

因此，照明产品的自动化检测技术应用在各类场景的应用、在各类不同照明产品的设计和生产过程当中，甚至是维护过程当中，对于提高整个的生产率、并大大的降低成本来说都能够起到非常重要的作用。

1.2.2交流稳压电源技术综述

随着经济的发展，我国许多地方电力供应紧张，而电力设备相对老化，导致电压大幅度波动，对照明产品尤其是高精度智能设备，对交流电源稳定性要求非常高，所以提高交流稳压技术对经济的发展至关重要。

交流稳压电源形式有很多种，目前我国主要生产的有机械调整型、改变抽头型和功率补偿型。

（1）单项交流稳压电源技术

单项交流稳压电源的输入端为直接三项电网电压，经过整流电路获得直流电流

经过电容滤波后，通过buck降压电路获得所需要的电压的直流电，然后经过逆变电路获得所需要的一定电压值的交流电，之后再经过滤波电路获得所需要的电压值的并且谐波较少的正弦交流电[6]。

（2）PWM逆变器式交流稳压电源

当前，有两种无触点补偿式交流稳压电源可以取代三相柱式交流电力稳压器。

其中，用多个补偿变压器组合,通过多全桥变换电路,就可以直接将机械传动以及相应的触点去掉,而且也能够切换其中的一些补偿变压器初级头等，同时也能够补偿尾连接，从而就能够有效的提高整个照明设备的寿命，也能够实现动态性能方面的补偿,而且所需的补偿变压器和切换开关较多，电路相对复杂，补偿精度低。

这是变压器补偿式稳压器，进而有效地提高了电能供应的质量，的确是一种很有应用前景的交流稳压电源。

但PWM逆变器式交流稳压电源任然需要生产进一步验证其可靠性。

（3）PIC单片机的斩波式交流稳压电源

为了解决机械调整型电刷易损坏、电压调整慢的缺点，改变抽头电压有级差，工作寿命断等问题，设计了基于PIC单片机的等脉宽调制高频斩波器补偿型交流稳压电源。

他们认为相对于传统的补偿式稳压电源，采用PIC16F886单片机和EPWM斩波控制技术的稳压电源具有补偿和和控制开关数量少、体积不大、重量较轻、稳压的精度相对来说也更高、而且系统的反应速度也比较快，这样就可以很好的实现无级补偿[11]。

目前，5kV产品已正式生产，作者正在按此方案利用IGBT代替MOSFET进行大功率斩波式交流稳压电源开发。

综上所述，结合当前的照明老化检测的技术及发展情况，稳压交流电源对于设计照明自动老化台具有重要的参考价值。

同时，照明产品老化台设计具有重要社会的意义。

1.3本论文的主要内容

随着照明产业的不断发展，各种各样照明产品已经成为人类生活不可代替的部分。

照明产业的发展和检测技术的进步相辅相成，缺一不可，相互促进，相互影响。

本文的主要内容就是改进照明产品检测技术。

本论文主要完成的工作

（1）针对单相交流稳压电源，进行了整流、降压、逆变、滤波、PWM控制原理分析，完成了单相交流稳压电源的综合设计。

（2）针对老化台的定时控制设计，进行了定时系统的电源设计、硬件控制系统设计、晶振电路设计，完成了老化台自动计时的功能设计。

（3）在老化台的结构设计中，对老化台的稳定性、实用性以及灵活性等都可以进行一个综合的分析，对老化台的结构进行了最合适的设计。

对老化台的基本参数进行了正常老化测试、间歇式老化测试、加速老化测试，预测照明产品的使用使命寿命，对照明产品进行筛选，得到稳定可靠的优质产品。

2交流稳压电源设计方案

2.1单相交流稳压电源系统的基本原理

单相交流稳压电源系统的模型如下：

图2.1单相交流电源的原理框图

该稳压电源的输入端为直接源自三相电网电压，然后经过整流电路获得直流电流电，经过电容滤波获后通过buck降压电路获得所需要的电压的直流电，然后经过逆变电路，获得所需要的一定电压值交流电，之后再经过滤波电路获得所需要的电压值的并且谐波较少的正弦交流电。

对各个模块的工作原理介绍如下[5]：

2.2整流电路的工作原理

在这个整流电路当中，设计的时候是打算用一种三相桥式的不可控整流电路，这种电路的主要工作原理是：

（1）1、3、5三根晶闸管当中的阴极会直接连在一起，组成一个共阴极组

（2）4、6、2这三个晶闸管当中的阳极可以连在一起，并组成一个共阳极组

（3）由分属于共阴组和共阳组中的各一支晶闸管同时导通，形成输出回路，且不能为同一相中的器件；

（4）对触发电路和脉冲的要求：

双窄脉冲

晶闸管在进行导通的时候，需要按照以下的顺序进行：

VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6

U2

图2.2三相桥式全控整流电路原理图

图2.3三相桥式不控整流电路波形

整流输出电压Ud一个周期波动六次，故该电路为六脉波整流电路。

2.3buck降压电路的工作原理

图2.4buck降压电路的原理图

该电路的工作原理如下：

（1）当t=0的时候，V就会直接导通，而E会直接对负载供电，这个时候U0=E，I0而且是按照指数的曲线上升，L则作为整个电路的储存电能；

（2）当t=t1的是，V就会直接被关断，而I0则需要经过VD进行续流，这个时候U0=0，而I0则会呈现出指数曲线下降的状态，L也会在这个过程当中释放一定的电能，并以此来保证整个负载电流的连续性；

（3）当t=t2的时候V又会重新的导通，这个时候就会开始一个新的周期；

（4）如果整个电路进入到一个稳态的过程当中，负载电流就会在同一个周期当中，具有一样的初值和终值；

图2.5buck降压电路的波形图

电流处于一种连续状态的时候，其负载电压所具有的平均值为：

Ton代表的就是V通的具体时间；而Toff代表的就是V断开的具体时间；

α导通占空比；T开关周期；

斩波电路三种控制方式：

（1）脉冲宽度调制（PWM），T不变，改变Ton；

（2）频率调制，改变，Ton不变；

（3）混合控制型，T和Ton都可改变；

2.4逆变电路工作原理

逆变电路拟采用在单相逆变电路中应用最多的电压型全桥逆变电路，其工作原理如下所示：

系统的逆变原理如图所示：

图2.6电压型全桥逆变电路原理图

电压型全桥逆变电路的工作原理为：

两对桥臂施加PWM脉冲驱动信号,来控制两个桥臂上开关管的导通与采用电压型逆变电路,直流侧为电压源Ud，通过脉冲驱动信号来控制两个桥臂上开关管的导通与关断，可将直流电压逆变成为方波输出[5]。

电压型全桥逆变电路的工作特点如下：

（1）是两个半桥电路的组合，V1、V4和V2、V3各为一对桥臂；

（2）一对桥臂当中的两个不同器件需要同时进行导通，而且两对还需要交替导通180°；

（3）逆变器输出电压的基波幅值为：

逆变器当中输出的电压基波所具有的有效值为：

其中Uo为输出电压，Ud为直流侧电压，M为PWM的调制比。

图2.7电压型全桥逆变电路波形图

2.5LC滤波电路工作原理

采用LC滤波电路的目的是滤去谐波，从而把逆变电路输出端的输出的方波电压经过滤波后输出为正弦波电压信号，这样就可以为后续的进一步使用作出一个准备。

众所周知，对于电感来说，如果它处于一般的电路当中，所能够起到的常见作用就是可以直接和电容一起，组成一个比较有效的LC滤波电路。

而这个电容所具有的最大特点就在于“阻直流、通交流”。

那么在这种情况下，如果我们无意中将一些混有很多不同干扰信号的相应直流电直接通过这样的一个LC滤波电路，这个时候，该电路当中所具有的绝大多数直流干扰信号都可以被电容直接阻止并过滤，剩下的交流信号通过点感与地接通，通过这样的方式就可以非常有效的抑制其中的干扰信号，而且也能够在相应的输出端当中获得一个相对更加纯净的电流，这也是LC滤波电路的通常用法。

滤波电路的原理图如下：

图2.8高通滤波电路原理图

2.6PWM控制原理

PWM（PulseWidthModulation）就是脉冲宽度调制技术，这种技术在应用的过程当中主要是通过对相应的脉冲宽度进行一个有效的调制，并通过这种调制获得一个我们需要的波形，在这个波形当中主要是具有更加合理的形状和幅值。

其理论基础是采用冲量相等的等高矩形脉冲来代替与其等面积的其他类型脉冲。

（1）最终能够实现的效果就是，冲量完全相等，但是形状却有所不同，这些窄脉冲需要放在那些具有一定惯性的环节当中使用，也只有这样才能够达到更好的一个效果；

（2）冲量指的就是窄脉冲所具有的实际面积；

（3）对于

（1）当中所能够取得的效果来说，基本上是完全相同的，通常情况下，指的就是在每一个不同的环节当中，实际的输出响应波形大概是相同的，而且在它们的低频段更加接近，不过在高频段则会有一定的差异。

SPWM波形的具体定义可以表述如下：

（1）整个脉冲的宽度实际上是按照正弦的规律来进行变化的，而且和正弦波也具有一个比较等效的特点，尤其是PWM波形；

（2）如果想要改变这种等效输出的正弦波幅值，就需要按照同样的一种比例来改变各个不同的脉冲宽度；

图2.9用PWM波代替正弦半波

3老化实验台控制设计方案

3.1老化实验台设计目标

本论文老化台设计的目标主要是改善老化台的自动化水平，减少产品在检测过程中的误差，提高老化检测的效率和质量。

（1）通常的交流稳压电源的供电电压一般都会存在一定的波动，在整个系统当中的用电负荷处于比较大的一个状态之下，电压基本上很难达到180V，而当整个系统当中的用电负荷相对较小的话，供电的电压可能就会高达240V，不过也会有一个波动，波动的范围大概在-20%—+10%之间。

这样的电压波动会给照明产品老化台的检测效果带来很多客观的不利影响。

为了减小电压波动的影响，本设计实现通过定时电路来控制老化台开关的通断，自动化控制220V输出电压，误差控制在-5%—+5%之间，最终实现自动调压。

（2）传统的老化台自动化水平低，主要依靠人工手工的方式来完成，而且人工检测误差比较大，标准不统一。

本文提出的老化台检测技术是应用自动化技术，最终所能够获得的测试参数信息也不会受到过多的干扰，尤其是那些来自于人为的随机干扰，整个过程的精确度相对更高，实用性强。

（3）电源方案的选择，交流稳压电源的输入端为直接源自三相电网电压，然后经过整流电路获得直流电流电，经过电容滤波获后通过buck降压电路获得所需要的电压的直流电，然后经过逆变电路，获得所需要的一定电压值交流电，之后再经过滤波电路获得所需要的电压值的并且谐波较少的正弦交流电，得到稳定输出交流稳压电源。

3.2老化台定时控制方案

（1）在对系统的硬件进行设计的过程当中，本次研究采用的是89C51这样一个单片机，对于这个单片机来说，它具有着很多不同的优点，比如说功耗相对比较低，而且性能也很高，在片内含有一个4K字节的只读存储器，而且也具有可编程和可擦除的特性，该单片机同时也具有高性能的CMOS8位微处理器。

之所以它具有这种可擦除的功能，所以整个只读存储器可以进行反复的使用，能够擦除100次以上。

（2）设计思路，我们采用89C51单片机的目的是将其作为这个系统的主要中控模块。

当这个系统被通电以后，按下相应的功能键就可以直接进入到一个调时状态当中，而且还能够通过各个不同的单元电路对每一个不同的按键进行时间方面的设定，然后就可以通过这种定时的时间来显示出部分的数据，当我们完成了时间设定的工作之后，可以再一次的按下相应的功能键，这个时候就可以启动闹铃模块，而其中的蜂鸣器产生鸣叫需要以0.5S来作为一个反应时间，并真正的开始进入到定时的工作当中，到点之后就可以直接实现响铃，然后再由一个特定的按键去实现关闭闹铃的操作。

中途也同样可以对该闹铃进行重新的定时数值设置。

另外还可以实现复位功能。

（3）定时部分，定时部分是本设计的核心部分。

方案：

本次设计方案就是采用相应的软件来实现定时的。

这个系统的主要工作原理就是：

在单片机当中的存储器，还具体的设置了两个不同的字节，而这两个字节分别被存放在了时钟当中的分、秒信息。

利用相应的键盘，就可以对具体的定时时间进行一个很好的设定，由定时显示部分数码管显示，同时单片机当中的定时器也能够很好的和软件进行结合，并通过这种结合实现1秒的定时中断，如果系统每产生一次的中断，在单片机当中的存储器内也会相应的减少一个秒个位；若秒个位减到0，则判秒十位值是否为0，若不是，则秒个位赋9，秒十位减1；分同理。

该方案具有硬件电路简单的特点。

（4）闹铃器件的选择，方案：

采用蜂鸣器闹铃，当到设定时间时，单片机就需要直接向相应的蜂鸣器当中送出高电平，这样就可以控制蜂鸣器的发生。

采用这种蜂鸣器方式的闹铃，可以使得整个系统的结构更加简单，在控制起来也会更加方便一些。

（5）对于各种不同复位方式进行选择的时候，方案：

采用相应的按键进行电平复位操作,因为手动复位除了具有上电自动复位的功能外，在电路工作的时候，可随时实现复位。

而上电自动复位方式只有在上电初有一次复位。

电路工作期间不可实现复位，故本电路采用按键电平复位即手动复位。

图3.1定时控制系统框图

3.3