LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置研發(fā)

陳偉標　劉桂雄

摘要：針對LED光源產(chǎn)品電特性參數(shù)測試項目多、采用人工方法、測試過程數(shù)據(jù)不可溯源的問題，提出研制LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置，利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）技術(shù)在線控制PLC切換測試線路，并記錄電參數(shù)測量儀測量的電參數(shù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)測試自動化及測試數(shù)據(jù)可溯源。通過實驗對比表明，該裝置能完全按照測試規(guī)范進行LED多項電特性參數(shù)自動測試，實現(xiàn)機器代人與測試數(shù)據(jù)全溯源。

關(guān)鍵詞：LED；電特性參數(shù)：自動測試：DDE

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5124（2018）02-0078-05

0引言

LED光源產(chǎn)品是指標定有基本光電性能參數(shù)的LED模塊，是照明產(chǎn)品中基本組件之一，對其進行質(zhì)量檢測十分必要。目前LED光源產(chǎn)品質(zhì)量檢測主要根據(jù)LED測試方法，將LED在不同應(yīng)力環(huán)境下進行通電，獲得其電氣特性與光學特性，再結(jié)合電沖擊實驗與溫度、震動等沖擊實驗，對產(chǎn)品可靠性與使用壽命進行評估。研制LED光電算一體化測試系統(tǒng)，但未涉及對驅(qū)動電源輸出的控制，不能在測試過程中自動改變電源輸出；設(shè)計線性驅(qū)動器來加速高電壓LED壽命測試，但其兼容性與通用性未能滿足多種規(guī)格LED測試需求，且未設(shè)計對LED電參數(shù)的實時記錄；設(shè)計全自動LED測試系統(tǒng)，但其系統(tǒng)測試線路接法固定，無法進行多樣化測試項目。根據(jù)《LED照明標準光組件技術(shù)規(guī)范》，LED的電特性參數(shù)測試包括額定值測試、極限值測試等7項電參數(shù)測試。由于測試項目多、時間長、數(shù)據(jù)多，且需頻繁切換測試線路，人工測試存在測試難度大、測試不規(guī)范、數(shù)據(jù)不可溯源等問題。為此，本文研制了一套LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置，利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換（dynamicdataexchange，DDE）技術(shù)在線控制PLC切換測試線路，能對LED進行多項電特性參數(shù)測試，并利用上位機軟件記錄電參數(shù)測量儀采集的電參數(shù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)全溯源。

1LED光源電特性參數(shù)測試原理與需求

LED電特性參數(shù)測試的所有測試項目中，最大允許脈沖高度測試所需時間最長，測試方法最復(fù)雜，下面以其為例，討論電特測參數(shù)綜合測試裝置的需求。最大允許脈沖高度測試方法為：在無對流風的防風罩內(nèi)連接好測量電路，如圖1所示：將穩(wěn)流穩(wěn)壓源設(shè)置為穩(wěn)流模式，并調(diào)至被測LED能承受的標稱最大輸入脈沖電流值：閉合開關(guān)K，通入1s脈沖電流后斷開K，共重復(fù)5次，每次之間應(yīng)等待30min以上；調(diào)節(jié)穩(wěn)流穩(wěn)壓源至額定電流或額定電壓，閉合K，判斷被測LED能否正常燃點15min以上，并分析受損情況。整個測試過程中，被測LED功率不得超出標稱極限功率值范圍。

由最大允許脈沖高度測試方法可知，LED電參數(shù)測試過程中，需要頻繁切換測試線路、調(diào)整穩(wěn)流穩(wěn)壓源輸出，且需要對LED的電參數(shù)進行實時監(jiān)測與記錄。對LED進行電特性測試時，需要進行多項電特性參數(shù)測試，每項測試其流程、時間、線路接法也不相同。因此，研制LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置的需求有：

1）多功能。測試線路控制器由PLC與繼電器組成，用于切換不同測試項目所需線路接法，提高裝置的穩(wěn)定性，并實現(xiàn)LED多項電特性參數(shù)測試。

2）自動化。穩(wěn)流穩(wěn)壓源及測試線路控制器都能由上位機進行實時自動控制，實現(xiàn)測試過程自動化。

3）數(shù)據(jù)可溯源。LED的電參數(shù)數(shù)據(jù)需進行實時采集并傳送到上位機進行處理、存儲，并在測試結(jié)束后，給出測試結(jié)果與生成測試報表。

4）兼容性。采用模塊化設(shè)計，方便模塊替換與升級，使裝置滿足各種規(guī)格LED測試。

2LED光源電特性綜合測試裝置設(shè)計

2.1測試裝置的功能結(jié)構(gòu)框架

根據(jù)上述測試需求設(shè)計LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，由上位機、穩(wěn)流穩(wěn)壓源、電參數(shù)測量儀、測試線路控制器組成。上位機包括顯示模塊、輸入模塊、數(shù)據(jù)庫，提供人機交互界面，作為整個裝置的核心，與穩(wěn)流穩(wěn)壓源、電參數(shù)測量儀、測試線路控制器進行通信與控制。測試線路控制器與穩(wěn)流穩(wěn)壓源、電參數(shù)測量儀以及被測LED連接，能改變其電路連接方式，使被測LED以正向接法或者反向接法接通穩(wěn)流穩(wěn)壓源，并使電參數(shù)測量儀以內(nèi)接法或外接法測量LED的電參數(shù)。

本裝置選用的上位機為通用計算機，穩(wěn)流穩(wěn)壓源為遠方WY12010，電參數(shù)測量儀為橫河WT210，測試線路控制器由PLC與繼電器組成。系統(tǒng)的實物連接如圖3所示。

2.2測試線路控制器控制原理

進行LED電參數(shù)極限值測試時，電壓、電流強度較高，且測試時間長。利用PLC與繼電器組成測試線路控制器對測試線路進行切換，穩(wěn)定性強，可靠性高。測試線路控制器內(nèi)部電路連接如圖4所示。

上位機通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）技術(shù)在線控制PLC。DDE技術(shù)具有安全性好、實時性強，可靠性高的特點，本裝置使用PLC為羅克韋爾公司的1766系列，其DDE服務(wù)軟件為RSLinx，上位機軟件與RSLinx建立DDE通信后，就可直接讀寫PLC內(nèi)部的存儲位，實現(xiàn)上位機遠程控制PLC輸出，進一步實現(xiàn)對測試線路的切換控制。上位機、RSLinx、PLC三者關(guān)系如圖5所示。

上位機測試軟件編寫平臺為LabWindows/CVI，測試軟件控制PLC的關(guān)鍵代碼如下所示：

2.3LED綜合測試軟件架構(gòu)

在進行電參數(shù)測試時，LED的各項電參數(shù)需要直觀展示給測試人員，并將其存儲于數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)可溯源。為確保裝置的通用性與易用性，上位機為安裝有Windows系統(tǒng)的計算機，測試軟件開發(fā)平臺為NI公司的LabWindows/CVI，它提供功能強大的人機界面設(shè)計工具及全面的外設(shè)通信支持，十分適合測試軟件開發(fā)。

圖6為電參數(shù)測試軟件的功能結(jié)構(gòu)，包括系統(tǒng)初始化模塊，用于裝置各模塊的完整性驗證及建立通信連接，并完成被測LED測試所需電流、電壓、測試流程等信息的輸入；多測試項目控制模塊，用于控制電源模塊輸出各個測試項目所需電流或電壓，并控制PLC，使裝置根據(jù)各個測試項目所需時間與流程切換測試線路控制器的電路連接方式；電參數(shù)測量模塊，主要采集測試過程LED的電參數(shù)數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)處理模塊，負責將采集的電參數(shù)數(shù)據(jù)進行顯示、存儲及測試結(jié)果分析。

圖7為測試軟件主界面，左半部分為測試控制按鈕，右半部份為LED電參數(shù)信息實時顯示界面，用于查看當前值與歷史曲線。

圖8為多電特性參數(shù)測試初始化界面，測試初始化時無需設(shè)定各項目測試過程中對穩(wěn)流穩(wěn)壓源及測試線路控制器的操作方式，只需選擇所需測試項目，輸入被測LED各項測試所需電流、電壓，系統(tǒng)即可按照測試規(guī)范自動對LED進行多電特性參數(shù)測試。

2.4自動測試流程

圖9是LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置的測試流程圖，具體流程為：1）選擇LED多項電特測參數(shù)測試項目，輸入電參數(shù)測試項目測試過程所需電流、電壓；2）上位機控制測試線路控制器，將測試線路切換為測試項目所需的電路接線模式，并接入被測LED：3）上位機控制電源模塊按照測試需求輸出該測試項目所需電流或電壓：4）電參數(shù)采集模塊采集LED的電參數(shù)信息并上傳至上位機進行顯示，并存儲于Excel表格中；5）判斷是否需要改變電路接線或電壓、電流大小，若是，則返回步驟2），否則執(zhí)行下一步驟；6）判斷是否已到測試結(jié)束時間，若是，則上位機控制測試線路控制器模塊，斷開被測LED與電源模塊和電參數(shù)采集模塊的連接，否則，執(zhí)行步驟2）。

3試驗與分析

使用LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置進行LED最大允許脈沖高度測試，測試過程中，裝置能夠完全按照《LED照明標準光組件技術(shù)規(guī)范》的測試標準進行測試，測試結(jié)束后，上位機軟件能根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)自動對測試結(jié)果進行分析，如圖10所示。

使用裝置進行自動測試與傳統(tǒng)人工測試對比如表1所示。可以看出，使用本裝置后LED多項電特性參數(shù)測試過程中電源輸出調(diào)整、測試線路切換、電參數(shù)數(shù)據(jù)記錄、測試結(jié)果分析均由裝置自動完成，其測試過程與測試規(guī)范要求完全一致，且測試過程中無需人工操作，節(jié)省了人力并提高了測試規(guī)范性。

4結(jié)束語

針對LED光源產(chǎn)品電特性參數(shù)測試項目多、測試時間長、測試過程需人工切換測試線路、抄讀測試數(shù)據(jù)，工作量大且測試過程數(shù)據(jù)不可溯源的問題，設(shè)計了LED光源電特性單工位多參數(shù)綜合測試裝置。通過DDE技術(shù)在線控制PLC切換測試線路，并記錄電參數(shù)測量儀測量的電參數(shù)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，該裝置能完全按照測試規(guī)范進行LED電特性參數(shù)自動測試，自動得出測試結(jié)果，生成報表，實現(xiàn)機器代人與測試數(shù)據(jù)全溯源。