直流电子负载报告.docx
《直流电子负载报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电子负载报告.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
直流电子负载报告
摘要
本系统主要以89S52单片机为控制核心。
恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。
工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。
工作于恒压模式时，电流随电压变化，并且其比值为一固定不变的常数，且可设定.ADC0832采集数据，在数码管上显示数据，并可手动切换恒流恒压横阻工作模式。
。
一、系统方案
1、方案比较与选择
（1）恒压模式设计
方案一：
使用开关稳压电源方式。
这种方式效率较高，应用也比较普遍。
但在实际测试的过程中，发现纹波较大，不易控制。
故不采用此方案。
方案二：
采用晶闸管，通过控制电路改变晶闸管导通角以实现恒压工作方式，性能稳定。
但价格较高，不宜使用。
方案三：
采用LM324组成比较器，三极管上的电压经过R1与R2的分压送入运放正向输入端与给定值比较。
（2）恒流模式设计
方案一：
采用电流互感器对电流回路上器件的磁场进行反馈，构成恒流模块。
然而该电路的实现形式比较复杂，考虑到竞赛的时间限制，不采用此方案。
方案二：
采用恒流二极管构成恒流模块，简单易行。
但恒流二极管的恒流特性并不是非常好且电流规格比较少，价格又比较昂贵。
故此方案也不可行。
方案三：
选用运放LM358，将反相端输入端与输出端采用负反馈电路，在反馈电路中加入可调电阻，使得取样电阻上的电流可以微调，实现输出电流与理论值相同，大大提高了输出电流的精度，又由于运放的同相输入端的信号来自与数模转换模块的运放输出，稳定度很高。
所以采用方案三。
原理图如图所示，图中输出端取样电阻为0.5欧大功率电阻；
（3）恒阻模式设计
方案一：
可以在恒流电路的基础上通过MCU检测到的输入电压来计算电流，达到恒阻的目的。
但这种方法响应较慢，只适用于输入变化较慢，且要求不高的时候，所以不予采用。
方案二：
搭建硬件电路实现。
通过可调电阻分压，并使用运放构成反馈，经过三极管调整电路达到恒阻效果。
选用方案二。
（4）负载参数调节设计
方案一：
人工预置。
使用电位器设置负载参数。
电位器调节较为麻烦，且数值不宜掌控，偏差较大。
不予选用。
方案二：
数字程控设置。
运用单片机采集I/U数据，简洁清晰，精度较高。
故选用方案二。
2、总体方案描述
（1）系统工作流程框图
（2）总体思路
利用单片机及其外围电路，包括4×4矩阵键盘、液晶显示等。
键盘设定负载参数并显示，搭建电压/电流检测、电压/电流比较以及功率控制电路，模块化实现恒压、恒流、恒阻，并加入自动过载保护。
用单片机切换不同的工作状态。
（3）总体电路图见附录一
二、电路设计
1、硬件设计及理论计算
（1）单片机与运放供电
变压器通过整流、滤波、稳压产生所需电压。
图1（见附录一）中电路提供±15V电源，主要用于运放电路。
图2（见附录二）中电路提供+5V电源，用于单片机、液晶显示、键盘。
（2）恒压模块
选用运放LM358，将同相输入端与输出端采用正反馈电路，在反馈电路中加入电阻，R1与R2并联实现分压。
使得取样电阻上的电压稳定，实现输出电压与理论值相同。
又由于运放的反相输入端的信号来自于单片机的输出，稳定度与精度均很高。
原理图如图3所示。
单片机设定负载参数。
A点电压恒满足①式
UA=2U0①
例如当单片机给出2V电压时，A点电压为4V。
Q2为大功率三极管，利用Q1放大电流驱动Q2形成反馈。
此时调节待测电源输入电压值，经过调整电路，A点电压保持4V不变。
（3）恒流模块
选用运放LM358，将反相端输入端与输出端采用负反馈电路，运放的同相输入端的信号来自于单片机的输出，稳定度与精度均很高。
原理图如图所示，图中输出端取样电阻为0.5欧大功率电阻，受热情况下其阻值改变不大。
单片机设定负载参数。
B点电流恒满足②式
IB=U0/R1②
例如当单片机给出1.0V电压时，B点电压也为1.0V，R1等于0.5Ω。
通过两个放大器调整电路，此时无论待测电源输入为何值，B点电流恒为1V/0.5Ω=2A。
（4）恒阻模块
CD段电流较小，可以忽略不计，所以LM358同相输入端电压U+=I·R5
电阻R4可以分压，CD段分得的电压等于U+。
所以有UCD=U+=I·R5
③
显然U1与I成比例关系，所以电阻值恒定。
（5）比较和检测电路分析
连接运放LM324形成反馈构成比较器，通过AD芯片检测电路。
（6）功率控制方法
如图3、4所示，为了提高电路中电流的大小，我们采用三极管S9014放大电流，驱动中功率三极管TIP41C起到功率控制的作用。
同时用到了散热器，提高了整个电路的工作效率。
恒功率电路：
恒功率功能大部份电子负载都采用恒流电路来实现，原理是MCU采样
到输入电压后根据设定的功率值来计算输出电流。
当然也可以采用硬件
方法来实现恒功率功能，下面是硬件恒功率功能方块图：
（7）自动过载保护设计
当负载电流增大时，取样电压增大，LM324反相输入端电压增大，电流继续增大。
当反相端电压大于所设定过流保护电流的基准电压（同相端输入电压）时，LM324输出低电平，与场效应管共同作用使得负载电流减小，起到过流保护作用。
2、软件设计及流程
此电子负载除了要完成作为负载的功能以外，还要实现I/U数据采集、测量与显示的任务。
且显示分辨力至少具有三位数，相对误差小于5%。
软件流程图:
1、测试仪器
电流表C31-A,万用表MF47,数字万用表VC890D,直流稳压电源YB1731C
2、测试方法
常温下实验室测试。
将直流电源连接电子负载，在恒压、恒流、恒阻模式下，设定负载参数，分别测量计算负载电压、电流与电阻，并绘制伏安特性曲线图。
3、测试数据记录
按下ABCD即是恒压模式，按下EFG即是横流模式，按下FGHI即是横阻模式
恒流模式
预置电压（V）
被测电源（V）
电阻（欧姆）
数码管显示（V）
计算恒流值（A）
0.105
1
0.1
0.092
1.06
3
0.096
1.06
4.91
0.091
1.06
8.85
0.089
1.06
15.79
0.095
1.06
18.55
0.093
1.06
0.156
1
0.1
0.152
1.56
3.58
0.154
1.56
7.65
0.151
1.56
8.95
0.156
1.56
13.5
0.158
1.56
18.55
0.153
1.56
0.301
1
0.1
0.294
3.01
4.2
0.294
3.01
5.6
0.294
3.01
12.5
0.294
3.01
13.6
0.294
3.01
恒压模式
预置电流（A）
预置电压（V）
数码管显示电压（V）
输出电压（V）
0.1
0.5
1
1.005
1
1.991
2
1.5
2.995
3.01
1.92
3.805
3.83
3.14
3.83
（分压0.5）
6.27
0.5
0.5
0.991
1.003
1.07
2.121
2.13
1.94
3.878
3.88
2.64
2.589
5.26
3.14
3.165
分压0.5
6.26
7.21
3.615
分压0.25
14.41
1
0.5
0.98
0.992
1.12
2.201
2.21
1.98
3.958
3.95
2.5
4.961
4.97
3.42
3.405
分压0.5
6.81
8.05
4.015
分压0.25
16.15
2
0.5
0.957
0.966
1.47
2.875
2.89
2.26
4.425
4.46
2.97
2.913
分压0.5
5.89
3.42
3.358
分压0.5
6.81
3
0.5
1.075
1.085
1.15
2.21
2.22
1.74
3.418
3.42
2.3
4.509
4.52
3.53
3.487
分压0.5
6.99
4、测试结果分析
恒压：
电子负载端电压保持恒定，且可设定。
恒流：
不论输入电压如何变化，流过该电子负载的电流值恒定且可设定。
恒阻：
不论输入电压如何变化，流过该电子负载的电压与电流的比例恒定。
受实验室环境与器材限制，稍有误差。
四、总结与体会
设计的以AT89S52单片机为控制核心的电子负载，能够直接检测被测电源的电流值、电压值。
负载参数可以设定，且各个数据均能直观的在数码管上显示。
当然，在实验的过程中也出现了许多问题，如对电阻功率的大小考虑欠妥以致一开始测试的数据偏差较大等。
由于时间的仓促以及实验条件与自身能力所限，本设计还存在着许多不足。
负载参数的设置与读出范围也有待扩大，同时可以加入功率显示模块等以便更全面地测试电源性能。
附录一
总体电路图
参考文献
[1]阎石著《数字电子技术基础》第五版高等教育出版社，2006
[2]华成英,童诗白著《模拟电子技术基础》第四版高等教育出版社，2006
[3]吴炳胜著《80C51单片机原理及应用技术》冶金工业出版社，2006
[4]张迎新著《单片微型计算机原理应用及接口技术》国防工业出版社，1993
[5]何希才著《新型集成电路及其应用实例》科学出版社，2003
[6]徐爱钧著《智能化测量控制仪表原理与设计》北京航空航天大学出版社，2006
[7]孙肖子，邓建国，陈南等著《电子设计指南》高等教育出版社，2006
升级会员 