大功率電阻老化控制板的設計

陳 功，潘 柳，明治中

（中國西南電子技術研究所，四川 成都 610036）

0引言

在電子元器件的檢測篩選中，大功率電阻的篩選流程一直與小功率電阻相同，僅進行溫度沖擊試驗，而沒有進行功率老化試驗。由于大功率電阻的制作工藝、材料和用途等與小功率電阻相差很大，如不對它進行老化試驗，很難保證在重大工程上應用的穩定性和可靠性。因此，必須進行大功率電阻的老化試驗，在規定的時間內對試驗電阻進行加電，使其工作在額度的功率狀態下，試驗完成后再檢查其電阻值是否滿足要求。而要開展該項工作，間隙老化的時間控制問題就成為開展此項目的關鍵技術之一。

根據國家標準GB/T 5729-2003《電子設備用固定電阻器 第1部分：總規范》中4.25.1.3條的規定，電阻的功率老化工作與其他器件的老化工作不同，是間隙工作的[1]。即應該1.5h通電（老化時間）和0.5h斷電（間隙時間）周期性地施加電壓到電阻上，并持續48h（老化周期）。所以大功率電阻的老化篩選試驗需要一個時間控制單元，并且同時顯示老化狀態、老化實時時間、對于故障電阻進行判斷。針對這種情況，利用現有的三極管老化平臺，進行相關研究，研制了老化控制板。

1 系統及老化板工作原理

1.1 系統硬件組成及老化原理

該系統由老化平臺、程控電源、PC、老化控制板組成（如圖1）。老化平臺共有4個單獨的分區，單獨的水冷系統，確保電阻不會因為溫度過高而損壞或變色。每個區可以擺放18只電阻，并且由4組電源分別對其供電，每個區每個被測件的電壓、電流可在PC上進行監測。程控電源輸出試驗電阻所需的電壓和電流，通過老化控制板控制其輸出到老化平臺。PC機實時讀取老化平臺的每個被測件的電壓、電流，從而得出該器件的功率，并進行數字或曲線顯示。而老化控制板控制老化的時間參數值，檢查老化平臺上被測件的狀態，發生異常，立即切斷電源并通過蜂鳴器報警提示；當老化順利完成后，控制板切斷程控電源，并通過蜂鳴器報警提示任務完成。同時顯示當前老化狀態、時間。

圖1 系統硬件框圖

1.2 老化控制板原理

控制板由鍵盤、繼電器驅動電路、顯示電路、蜂鳴器報警、溫度檢測電路與單片機集成電路組成，如圖2所示。

圖2 控制板框圖

通過鍵盤控制老化的各時間參數、啟動老化程序、切換顯示狀態。而溫度檢測部分，采用“一線總線”數字化溫度傳感器DS18B20[2]，設置分辨率為0.5℃，當檢測到老化平臺中電阻的溫度超過設定值時，立即通過單片機控制繼電器驅動電路，從而切斷該老化區的供電電源，即停止老化，并且通過蜂鳴器報警電路進行提示。而繼電器驅動電路，是通過單片機控制進而控制程控電源的輸出，在老化周期內，通過老化控制板來控制電源輸出的開啟和斷開。

單片機采用Atmel公司的AT89S52[3]，是一種低功耗、高性能CMOS 8位微處理器，具有8 KB可編程Flash存儲器，采用了高密度存儲技術，并且在編程指令上與MCS-51系列單片機兼容。該芯片還具有如下功能：256 Byte RAM，32位I/O線，看門狗定時器，2個數據指針，3個16位定時器/計數器，1個6向量2級中斷，1個雙工通信的串口，芯片內置振蕩器和時鐘電路。除此之外還支持靜態邏輯工作在0Hz，兩種軟件節能模式，在空閑模式下，CPU停止工作，但RAM、定時器/計數器、串口、中斷系統仍能正常工作；在掉電模式下，自動保存RAM中的內容，停止振蕩器和其他功能工作，當有中斷或復位后，才恢復正常工作。由于其功能強大，為許多嵌入式控制系統應用提供高靈活、超有效的解決方案。

該設計利用AT89S52中的Flash存儲器，將編譯好的軟件程序載入其中，通過軟件控制用端口P3對鍵盤輸入數據進行處理；P2對“一線總線”數字化溫度傳感器DS18B20進行讀寫操作，從而完成溫度數據采集[4]；P1則控制繼電器驅動電路；P0口處理老化的相應時間參數，并送到顯示屏顯示，在顯示處理和計時處理時，采用AT89S52內部16位定時器和中斷[5-10]。

2 控制板軟件設計

該控制軟件有老化參數設置、鍵盤掃描、溫度檢測、延時處理。軟件首先對老化的初始參數進行設置，然后進入鍵盤掃描，處理完成后再進行溫度檢測，之后進行延時處理，再在鍵盤掃描、溫度檢測、延時處理之間循環執行，直到試驗任務完成或有異常情況終止。軟件流程如圖3。

圖3 軟件流程框圖

2.1 老化參數設置

控制板加電后，將初始化老化時間、間隙時間、老化周期的時間（默認依次為1.5，0.5，48h），同時在顯示器的前兩位顯示.tt（總共需要的時間），此時按控制板上鍵盤區的“開始”鍵后，系統將按默認的老化參數進行，顯示屏上將顯示已用時間的小時位、分鐘位。如果用戶需要自己定義參數，此時可以直接通過鍵盤上的數字進行輸入相應的參數，每個參數最大為99h 99min，如果輸入錯誤，可立即通過“刪除”鍵刪除錯誤數字位，然后重新輸入。當確認輸入正確后，按“確認”鍵將載入剛才的輸入，同時自動切換到下一輸入狀態。當3個參數都輸入完成后，按“開始”鍵將按用戶定義的參數進行老化試驗。

2.2 鍵盤掃描、溫度檢測、延時處理

當開始老化試驗時，首先進行的是對試驗電阻加電，即按老化用戶選擇的時間參數進行，顯示屏上顯示的是已用時間。然后檢查是否有顯示方式切換“模式”鍵按下，如果有則切換到下一狀態，顯示剩余時間lt，倘若再次按下該鍵，將顯示此時老化總共需要的時間tt。通過該鍵控制顯示屏中這3個參數間的顯示，并且依次在3種狀態間切換。一旦老化計時開始后，除“模式”鍵外均被鎖定，不會因為誤按鍵盤上的按鍵而使試驗出現異常。

溫度檢測部分，分別檢測4個老化區中的電阻是否出現超溫現象。當檢測到其中某只電阻溫度高于設置的溫度上限時，程序將立即關閉電源輸出停止老化試驗，同時通過蜂鳴器進行報警提示，如果在已用時間模式下，將顯示已用的時間。此時只有排除故障后，重新進行老化試驗，用戶可根據老化試驗總共時間減去已用時間重新進行。該部分的溫度限值是實際試驗環境條件進行測試后得到的結果。

然后將依次進行時間處理，處理小時、分鐘和秒的相關進位與降位。對于已有時間將進行進位處理，而對于剩余時間則進行降位處理。之后將判斷是否進行老化狀態的切換，是否從老化時間轉到間隙時間，或從間隙時間轉到老化時間。

當老化試驗完成后，控制板將關閉程控電源，通過蜂鳴器報警提示此次任務已經完成，同時顯示屏上顯示的已用時間將是用戶設置的總共需要的時間，如果是剩余時間將顯示為零。

3 軟件運行環境

軟件的設計是基于Keil uVision3環境（如圖4）[11]，該平臺支持C語言和匯編語言兩種，具有進行代碼的編譯、連接、仿真等多種功能，而此次設計是基于C語言。通過選擇相應的單片機AT89S52，輸入在實際電路中的單片機外接晶體頻率，輸入編譯后生成的文件名。當代碼編譯成功后，將按用戶設置的產生以HEX為后綴名的文件。通過ISP軟件及相應下載硬件（如圖5），便可以將該文件燒錄到單片機AT89S52中。

4 實驗

4.1 控制板時間準確性驗證

設計要求控制板在控制老化時間、間隙時間、老化周期時間時誤差均在5s內。

圖4 Keil uVision3界面

圖5 PROGISP下載界面

在大功率電阻的老化過程中，用HTC（臺灣宏達電）公司生產的秒表計數器PC395對間隙時間控制器發出的控制信號進行了多次測試，其通電1.5h、斷電0.5 h和老化周期48 h的時間誤差均在5 s內（實際最大誤差為4.38s），滿足設計的指標要求。表1給出了多次測量時誤差最大的1次數據。

表1 時間參數測試數據

4.2 異常處理的響應性驗證

當溫度高于設置的上限時，控制蜂鳴器發聲進行提示，并且通過控制繼電器關閉電源輸出。于是，在顯示屏上顯示其中一個溫度傳感器的溫度值，同時用另一個溫度計與其放在相同的環境中，緩慢增加溫度，觀測兩者的溫度在1℃的誤差范圍內。當溫度到達設置的上限時，蜂鳴器發聲，測量單片機控制繼電器的端口信號，與設計的理論值相同，說明控制正確。對于其他的溫度傳感器，采用同種方法，進行相應的驗證，均符合設計要求。

對于其他如按鍵控制、數字輸入、任務完成等狀態均進行相應的測試，每項均符合設計要求。

5 結束語

利用現有的三極管老化平臺，設計了基于單片機AT89S52控制的大功率電阻老化控制板。通過Keil uVision3集成平臺，利用C語言進行單片機的控制程序設計，利用PROGISP軟件將控制代碼燒錄到單片機中。通過實際測試驗證與修改，最終使控制老化時間、間隙時間、老化周期時間誤差均在5s內，并驗證該控制板對老化異常處理的正確性。

[1]GB/T 5729—2003電子設備用固定電阻器第1部分：總規則[S].北京：中國標準出版社，2004.

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