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《遼寧省電子設計大賽直流電子負載設計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、簡易直流電子負載13摘要本作品基于壓控恒流源設計，由電流控制模塊、控制器、鍵盤及顯示模塊、負載保護模塊、開路檢測模塊等組成，具有很穩(wěn)定的恒流效果。將輸入信號降壓獲得輸出電壓。電流控制模塊由CMOS晶體管，通過對柵極電壓的控制，得到不同的電流值。本設計利用硬件反饋調節(jié)的方法，大量減少了控制器的運算量和執(zhí)行效率，恒流效果較高。軟件調節(jié)利用C8051單片機進行編程，有效提高恒流效果。關鍵詞：恒流源；C8051F020單片機；反饋;PID控制。13目錄摘要21系統(tǒng)方案設計與比較41.1電流恒定控制部分41.2輸出電流檢測部分51.
2、3控制電路部分61.4過壓保護電路部分61.5電流開路檢測部分72理論分析與計算72.1電子負載及恒流電路分析72.2電壓、電流的測量及精度分析72.3電源負載調整率測試原理83電路與程序設計83.1系統(tǒng)框圖83.2電路設計83.3軟件設計94測試方案與測試結果104.1測試儀器104.2測試方法104.3測試數(shù)據104.4測試結果分析115結論116參考文獻11附錄12131系統(tǒng)及方案設計1.1系統(tǒng)總體方案框圖如圖，系統(tǒng)輸入在0—10v內變化，通過電源輸出經過負載得到電流。電流的恒定控制是利用控制器C8051F020的鍵
3、盤輸入值，實現(xiàn)數(shù)控功能。根據設定值，設定DAC輸出電壓值，通過驅動場效應管來實現(xiàn)恒流控制。C8051F020通過讀取采樣電阻返回的誤差的偏差值，來校正輸出電流。同時，還可以實現(xiàn)空載檢測以及過壓保護功能。圖1系統(tǒng)總體方案圖1.2硬件電路方案1.2.1電流恒定控制部分方案一：采用純硬件方式控制設計電路，電壓、電流預設置通過調節(jié)電位器實現(xiàn)，電流、電壓取樣反饋值送入比較電路，實現(xiàn)恒壓、恒流和恒阻的功能，電路相對比較復雜，且可實現(xiàn)的功能有限，在短時間內制作會比較粗糙，工作量較大。13方案二：采用C8051F120單片機作為核心控制單
4、元，內部包含12位A/D、D/A轉換功能，精確度高。通過軟件編程可以實現(xiàn)對電壓、電流和電阻預設置、A/D采樣比較、D/A輸出、LCD顯示等功能。但調節(jié)較麻煩，波動大，且控制器工作量大，難控制。方案三：采用CMOS場效應管構成壓控恒流源，但是反饋不只由控制器給出，還由硬件電路直接引出，系統(tǒng)框圖及原理如下，方案極大的減少了控制器的運算量。而且相比以上兩種方案，本方案輸出電流更穩(wěn)定，而且控制更方便，因而電路的可靠性更高。故選方案三。其中驅動運放采用op07芯片。圖2電流恒定控制框圖圖3電流恒定控制電路原理圖恒定控制電路原理圖，由
5、于AD輸出電壓帶負載能力較弱，所以電路第一級由LM358構成電壓跟隨器，R11，R12構成電阻分壓電路。第二級場效應管和OP07構成源極跟隨器，其作用相當于電壓跟隨器?？傮w作用是通過單片機輸出電壓控制輸出電流，由2端反饋控制電流趨于恒定。1.2.2電流檢測部分方案一：采用兩運放儀表放大器，電路如下。兩運放儀表放大器價格低廉，并且在直流處擁有優(yōu)良的共模抑制比，但是由于輸入引腳的信號路徑不平衡（一個輸入直接進入A2，一個進過A1后才進入A2），導致在頻率稍高時CMRR急劇惡化。13圖4儀表放大器電流檢測電路（雙運放）方案二：采
6、用儀表放大器AD620，將各種噪聲干擾抵消，同時利用精密電阻RS與負載RL串聯(lián)，將電阻RS兩端電壓進行差分放大，最后由控制器的ADC對其進行采樣。AD620具有高精度（最大非線性度為40ppm）和高共模抑制比（高達100dB），并且電路組成簡單，所以選用此方案。電流檢測被測電源設備DAAD620采樣電阻圖5AD620電流檢測框圖圖6AD620電流檢測電路原理圖13上圖為AD620電流檢測電路原理圖，R13為采樣電阻，其作用是把電流信號轉換為電壓信號，便于單片機采集。AD620為儀表放大器，它能使雙端信號變?yōu)閱味诵盘?，單端?/p>
7、出信號由AD采集進入單片機。芯片上端電容起到濾出電源干擾信號的作用，使輸出電壓穩(wěn)定。1.2.3控制電路方案方案一：采用ATMEL公司的AT89S51單片機，在利用外圍ADC以及DAC完成系統(tǒng)反饋功能。AT89S51開發(fā)簡單，初學者容易上手，但是自帶外圍模塊較少，需外接很多元器件。方案二：采用FPGA，F(xiàn)PGA資源豐富，可實現(xiàn)靈活的編程控制。但是FPGA功耗較大，不適于開發(fā)低功耗電源。方案三：采用C8051F020單片機，C8051F020單片機擁有功能全，內存大等特點，而且內部集成了ADC等眾多外圍器件，因此在性價比、速度
8、方面很有優(yōu)勢。故選用方案三。1.2.4過壓電路保護本部分采用專用比較器LM311，對電源輸出進行過壓保護。通過比較器對繼電器的控制來實現(xiàn)對電源輸出的控制。發(fā)光二級管起到報警作用。發(fā)光二級管LM311比較器被測電源設備繼電器圖7過壓保護電路框圖13圖8過壓保護電路電路原理圖上圖為過壓保護電路電路原理圖，R
