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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。
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
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。
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
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。
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。
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·
a%?
?
U1?
1?
R5?
I③
?
a%?
显然U1与I成比例关系,所以电阻值恒定。
R4
10kΩa%Key=A
(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:
篇二:
电子负载毕业论文终稿
东华理工大学毕业设计(论文)摘要
摘要
电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量,靠功率管的耗散功率
消耗电能的设备,它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。
本设计从直流电子负载系统方案分析入手,详细讨论了整个系统的硬件电路和软
件实现,并给出较为合理的解决方案。
为便于控制的实现和功能的扩展,采用了
STC89C52单片机作为核心控制器,设计了DA输出控制电路、AD电压电流检测电路、
键盘电路、显示电路和驱动电路,通过软、硬件的协调配合,实现了整个设计。
通过
运放、PI调节器及负反馈控制环路来控制MOSFET的栅极电压,从而达到其内阻变化。
这个控制环路是整个电路的核心实质,MOS管在这里既作为电流的控制器件同时也作
为被测电源的负载。
控制MOS管的导通量,其内阻发生相应的变化,从而达到流过该
电子负载的电流恒定,实现恒流工作模式。
本设计能实现电子负载的恒流控制:
能够检测被测电源的电流、电压及功率并由
液晶显示。
在额定使用环境下,恒流方式时不论输入电压如何变化(在一定范围内),
电子负载将根据设定值来吸收电流,流过该电子负载的电流恒定。
关键词:
电子负载;
恒流模式;
PI调节器;
AD转换;
DA转换
东华理工大学毕业论文(论文)ABSTRACT
ABSTRACT
TheprincipleofelectronicloadiscontroloftransistorsinsidepowerMOSFETorthe
guidefluxofpowertube,itisaconsumptionpowerequipmentwhichdependsonthe
dissipationpoweroftube,therearefourbasicworkingwaysthatpersistencepressure,
constantcurrent,theconstantresistance,constantpower.
ThisdesignstartwiththeanalysisofDCelectricloadsystemsolutions,itdiscussed
therealizationofthewholesystemhardwarecircuitandsoftwareindetail,andgivea
reasonablesolution.Inordertorealizethecontrolandtheexpansionoffunction
conveniently,weadoptedtheSTC89C52microcontrollerasthecorecontroller,and
designedtheDAoutputcontrolcircuit,ADvoltagecurrentdetectioncircuit,keyboard
circuit,displaycircuitanddrivecircuit,throughthecoordinationbetweenhardwareand
software,finally,werealizedthewholedesign.PIadjusterandnegativefeedbackcontrol
loopofthecircuitwhichcontrolthegridvoltageofMOSFET,soastochangeits
resistance.Thecoreessencesaretheop-amp,MOStubeherebothasacontroldeviceand
asapowerloadtested.ControllingtheguidefluxoftheMOStube,theresistanceofthe
MOStubewillchangeaccordingly,thusthecurrentwhichflowstheelectronicloadcurrent
willconstant,Atlast,werealizedconstantcurrentworkpattern.
ThisdesigncanrealizetheConstant-currentcontroloftheelectronicload:
itcan
measuredthecurrent,voltageandpowerofMeasuredpowerandtheLCDdisplay.Ifituse
situationsinrated,nomatterhowtheinputvoltagechangeintheconstant-currentmode
(withinacertainrange),theelectronicloadwillbebasedonsettingtoabsorbthecurrent,
thecurrentwhichflowstheelectronicloadwillconstant.
Keywords:
electronicload;
constant-currentpattern;
PIadjuster;
ADtransform;
DA
conversion
目录
绪论.................................................................1
第一章电子负载系统设计方案...........................................2
1.1电子负载工作原理................................................2
1.2系统设计要求....................................................3
1.3系统总体设计方案论证............................................3
1.4系统具体设计方案................................................5
第二章电子负载硬件系统设计...........................................6
2.1核心处理器的设计.................................................6
2.2显示模块的设计...................................................7
2.3键盘模块.........................................................8
2.4D/A转换模块的选择..............................................10
2.5采样电路模块....................................................11
2.5.1电压采样电路................................................12
2.5.2电流采样电路................................................12
2.5.3输入的模拟量采样............................................13
2.6电流取样PI控制器等组成的负反馈控制模块.........................14
2.7PI调节器.......................................................15
2.8功率电路模块....................................................17
2.8.1电子模拟负载方式的选择......................................17
2.8.2功率耗散MOS管的选型........................................17
2.9电源电路的设计..................................................18
第三章电子负载软件系统设计..........................................21
3.1电压电流A/D采样程序设计........................................22
3.2液晶显示子程序..................................................22
3.3D/A转化程序....................................................23
3.4键盘识别处理程序设计............................................24
第四章系统调试......................................................25
4.1硬件调试........................................................25
4.2软件调试.......................................................26
4.3软硬件综合调试..................................................26
第五章结论..........................................................27
致谢................................................................28
参考文献................................................(本文来自:
小草范文网:
直流电子负载开题报告)..............29附录一整体电路原理图.................................................30附录二电子负载设计程序...............................................31
绪论
在人们生活的多个领域都要用到负载测试,如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购买电池、电源时等都需要负载测试。
当前,国内外对上述产品的试验一般都采用传统的静态负载(如电阻、电阻箱、滑线变阻器等)能耗放电的办法进行。
随着电力电子技术的、计算机技术和自动控制技术的迅速发展,为电源检测技术带来了革命性的变化。
由于铁道电气化供电、电气牵引、信号控制、无线通信、计算机指挥调度中心及家庭日常生活等应用领域都在大量应用各种各样的电源,因此人们对电子负载的需求越来越多,对其性能要求也越来越高。
而传统的电源检测技术面临着极大的挑战。
为准确检测电源的可靠性和带载能力,因此把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来,实现电源的可靠检测。
从电源类型来看,电子负载可分为直流电子负载和交流电子负载两种。
直流电子负载比起交流电子负载,应用的历史较长,范围更广。
最初在实验室,利用电力电子器件的特性,通过分析等值电路,用电力电子元件搭建电子电路来模拟负载,可以实现定电阻、定电压等特性。
随后又有工作人员将单片机技术应用到电子负载中,逐步可实现定电流模式和可编程斜率模式。
单片机技术与变换器电路的密切结合还使得电子负载可以工作在其它多种模式下:
定功率模式、动态电阻模式、短路模式等。
随着功率场效应晶体管(MOSFET),绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和场效应晶闸管(McT)等主要开关器件的出现以及电力电子变换器拓扑的发展,由于变换器能更好的将一种电能变为另一种或多种形式的电能,交流电子负载也得到了实现。
交流电子负载是可以模拟传统真实阻抗负载的电力电子装置,它能模拟一个固定或变化的负载,甚至将试验的电能反馈回电网,其设计初衷是交流电源出厂试验。
交流电源出厂试验通常采用电阻箱耗能的办法,它存在调节不便、自动化程度低、耗电量大等缺点,而采用交流电子负载进行试验可有效克服这些缺点,它可使试验更加简单、灵活,且大大降低试验的成本。
电子负载可以模拟真实环境中的负载(用电器)。
它有恒流、恒阻、恒压和恒功率功能,以及短路,过流,动态等等,应该说所有的电源厂家都会有用,而且也必须有。
电子负载分为直流电子负载和交流电子负载,由于电子负载的应用方面问题,直流电子负载应用比较广泛,本文主要介绍直流电子负载。
电子负载与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、重量轻、成本低、效率高等优点,由于电子负载所具有的性能特点和优点,电子负载被越来越多地应用到各种试验场合。
因此,电子负载的研究具有广阔的市场和广泛的应用前景。
第一章电子负载系统设计方案
1.1电子负载工作原理
电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。
电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量(占空比),靠功率管的耗散功率消耗电能的设备,它能够准确检测出负载电压,精确调整负载电流,同时可以实现模拟负载短路,模拟负载是感性阻性和容性,容性负载电流上升时间。
它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。
(1)恒定电流方式
在定电流模式中,在额定使用环境下,不论输入电压大小如何变化,电子负载将根据设定值来吸收电流。
若被测电压在5~10V变化,设定电流为100mA,则当调节被测电压值时,负载上的电流值应维持在100mA不变,而此时负载值是可变的。
定电流模式能用于测试电压源及AD/DC电源的负载调整率。
负载调整率是电源在负载变动情况下能够提供稳定的输出电压的能力,是电源输出电压偏差率的百分比。
(2)恒定电阻方式
此种状态下,负载如纯电阻,吸收与电压成线性正比的电流。
此方式适用于测试电压源,电流源的启动与限流特性。
在定电阻模式中,电子负载将吸收与输入电压成线性的负载电流。
若负载设定为1kΩ,当输入电压在1~10V变化时,电流变化则为10~100mA。
(3)恒定电压方式
在定电压方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压达到设计值。
定电压模式能被使用于测试电源的限流特性。
另外,负载可以模拟电池的端电压,故也可以使用于测试电池充电器。
(4)恒定功率方式
在定功率工作模式时,电子负载所流入的负载电流依据所设定的功率大小而定,
篇三:
简易直流电子负载报告
大学生电子设计竞赛
简易直流电子负载(C题)
【本科组】
XX年8月5日
本系统以msp430f149为控制核心,设计恒流方式的电子负载。
包括控制电路(MCU),采样电路,显示电路等,放大电路,比较电路;
能够测量电源的电流值,电压值。
电流值,电压值能在直观实时的在液晶上显示。
界面友好,便于操作。
关键词:
单片机(MCU);
模数(A/D)。
Abstract:
systemmainlyusemsp430f149microcontrollertocontrolthecore,designconstantcurrentmodeofthectronicload,thatis,nomatterhowthechangevoltage,currentthroughtheelectronicloadcurrentconstant,andthecurrentvaluecanbeset.Includingthecontrolcircuit(MCU),samplingcircuit,displaycircuit,communicationcircuit,thekeyscanningcircuit,amplifiercircuit,comparatorcircuit.Thecurrentvalueandvoltagevaluecanbereal-timedisplayed.Thesystemiseasytooperated.
Keyword:
E-load,MCU,AnalogtoDigitalConverter,DigitaltoAn
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- 直流 电子负载 开题 报告