直流电子负载的设计与制作论文

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1、直流电子负载的设计与制作论文直流电子负载的设计与制作摘要：本直流电子负载采用C8051F360作为系统的主制芯片，可以实现恒流、恒压和恒阻三种模式。三种模式可手动切换。三种模式下，电流、电压、电阻的给定是通过键盘进行设定。硬件电路有单片机电路；键盘、显示、A/D、D/A（PWM）,电压检测电路，电流检测电路，MOS管及驱动电路组成。恒流（恒压）模式下，单片机通过检测电子负载电流（电压）值与给定电流（电压值）比较，由PID算法进行PWM控制，达到恒流（恒压）的目的；恒阻模式下，根据RU/I计算电子负载阻值与给定电阻值进行比较，由PID算法进行PWM控制，进而实现恒阻控制。通过安装调试

2、；本直流电子负载电压在1~20V、电流在100mA~2A、电阻在1~200?范围内，跟踪误差≤3%，调节时间≤3秒。关键字：C8051F360；电子负载；恒流模式；恒压模式；恒阻模式第一部分方案论证与设计1.1整体方案设计经过仔细研究分析，我们设计系统的结构框图如下：图1-1系统总体框图1.2模块方案比较元模块方案一：采用ATMEL公司的AT89C51。51单片机结构简单，操作方便，应用广泛，价格便宜。但是速度慢，程序复杂，硬件误差过大，难于满足指标要求。方案二：采用C8051F360单片机控制。C8051F360单片机速度快且带片上调试功能，且具有片内A/D转换功能。强大的处理能

3、力，丰富的片上外围模块，系统工作稳定，开发环境方便高效。综上所述两种方案相比较，C8051F360单片机可靠性更高，故选择方案二。A/D转换电路方案一：采用TLC7135芯片。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低电阻采样反馈法，在功率MOS管的源极串接采样电阻，将电流转换成电压，反馈至高增益误差放大器的反相端。在同相端输入固定电压，当反相端的电压等于同相端的电压时，功率MOS管的电流就恒定，即电流与同相端电压成正比例关系。电流直接采样法，通过电流传感器检测流入电子负载的电流，与设定电流相比较，看电流是否达到系统设定的电流值，通过算

4、法控制DA输出电压，进而控制功率MOS管的导通量来控制电流。方案一与方案二相比，由于采样电阻的功率太小，使电子负载可流入的电流受到很大的限制，远远无法满足题目的要求，方案二的缺点是系统响应速度较慢，但可以通过较大的电流。综合考虑，我们选择方案二三极管放大比较法，此方案中三极管的基极和发射极分别相当于比较器的负、正输入端。这样的电路可以实现恒压功能，但是误差比较大，同时还有较大的功率损耗。硬件实现法，将功率MOS管的端电压V采样至误差放大器的同相端，将功率MOS管的电流I采样转换成电压至误差放大器的反相端，根据欧姆定律:RV/I，实现恒阻。与被检测的电流的关系为：然后再通过LM336

5、电路减去增大的一部分并将电压值送入运放，经运放进行放大（-5倍），此时的得到的电压值约为电流I的1.25倍。将电流检测端的的电流送入单片机并经A/D转换与给定值进行比较，如果，经PID计算，然后调节占空比来减小MOS管的导通量使实际电流减小；反之则增大MOS管的导通量。2.恒压控制电子负载所流入的负载电流依据所设定的负载电压而定,此时负载电流增加直到负载电压等于设定值为止,此后负载电压维持设定值不变。实际电压从电压输出端口进行采样，得到的电压为然后将此电压经A/D转换送入单片机与给定值作比较，若，在单片机内经PID计算，然后通过调节占空比来增大MOS管的导通量U,反之则减小MOS管

6、的导通量。3.恒阻控制对恒压恒流两种模式进行同时调节，将电流、电压信号送入单片机并进行A/D转换，在单片机内部根据公式RU/I来计算出实际电阻的数值，并与给定电阻的阻值相比较，如果，则单片机会通过PID计算，经过D/A转换并送出单片机，通过调节占空比来减小MOS管的导通量从而使减小；反之则要增大MOS管的导通量来使得增大，这样就实现了电子负载的恒阻状态。块电路本系统采用74HC165键盘扫描控制集成芯片完成对键盘中按键的扫描与管理电路图如附图1所示。示模块本系统采用数码管对电压电流和电阻进行显示。电路图如附图2所示。2.2软件设计软件设计中,电压电流采集数据经A/D转换后送入C80

7、51F360单片机,与设定值进行比较,然后按要求进行控制,同时对电压、电流和电阻参数进行显示。主程序流程如图2-5所示:：图2-5系统程序流程图第三部分测试方案与测试结果通过外接可调电源分别调节恒流、恒压和恒阻三种模式，并观察三种模式下数码管显示的电压电流情况。并对显示的电压电流进行比较。在恒流模式下,通过键盘设定恒流值,用万用表测试电源的输出电压。改变电源的输出,记录流入负载的电流随电源输出电压的变化过程,测试数据见表设定电流（mA）测试值1测试值2测试值3实测电流